EP4646607A1 - Einsatz photonischer mikroringresonatoren zur up-down-chriperzeugung in photonisch-elektronisch kointegrierten radarsystemen - Google Patents

Einsatz photonischer mikroringresonatoren zur up-down-chriperzeugung in photonisch-elektronisch kointegrierten radarsystemen

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Publication number
EP4646607A1
EP4646607A1 EP23833824.8A EP23833824A EP4646607A1 EP 4646607 A1 EP4646607 A1 EP 4646607A1 EP 23833824 A EP23833824 A EP 23833824A EP 4646607 A1 EP4646607 A1 EP 4646607A1
Authority
EP
European Patent Office
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signal
optical
electrical
transmitting
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23833824.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Gustav Kurz
Thomas GISDER
Marc-Michael Meinecke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4646607A1 publication Critical patent/EP4646607A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • G01S13/345—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal using triangular modulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems

Definitions

  • the invention relates to a computing device for a radar system.
  • the invention relates to a radar system with a corresponding computing device and at least one transmitting-receiving unit.
  • the invention relates to a vehicle with a corresponding radar system.
  • the invention also relates to a method for operating a radar system.
  • a dynamically reconfigurable sensor array is known from US 8,761,693 B1.
  • the sensor array can have several distributed sensors, each of these sensors being adjustable or reconfigurable.
  • Each of the sensors contains a transmitter, each of the sensors being connected to the other sensors of the sensor array via wireless communication channels.
  • the sensors are designed so that they can be operated in a compatible manner with the other sensors.
  • WO 2022/157191 A1 discloses a radar sensor device for a motor vehicle, wherein the motor vehicle can in particular be designed to be at least partially autonomous, in particular fully autonomous.
  • the radar sensor device has a central electronic computing device which is designed to generate an electrical control signal for a transmitting device of the radar sensor device.
  • the radar sensor device comprises a laser device which, depending on the electrical control signal, generates an optical transmission signal for transmission to the transmitting device.
  • US 2016/0291131 A discloses methods for characterizing an FM (frequency modulator) "chirp signal” that was generated using a “device under test” (DUT). Standardized and automated measuring devices can be used for this purpose in order to test radar systems in the automotive industry.
  • An object of the present invention is to improve a signal-to-noise ratio in a radar sensor and to be able to perform signal generation in a radar sensor more stably.
  • This problem is solved by a computing device, a radar system, a vehicle and a method according to the independent patent claims. Useful further developments arise from the dependent patent claims.
  • One aspect of the invention or a first aspect of the invention relates to a computing device for a radar system, with
  • a first optical ring resonator of a synthesis unit which is designed to couple the optical transmission signal into the first optical ring resonator and to modulate a first optical signal depending on the coupled optical transmission signal
  • a second ring resonator of the synthesis unit which is different from the first ring resonator and is designed to couple the optical transmission signal into the second optical ring resonator and to modulate a second optical signal, which is different from the first optical signal, as a function of the coupled-in optical transmission signal, wherein the two optical signals have different pulse repetition frequencies;
  • the synthesis unit which is designed to generate, on the basis of the two optical signals, a first chirp signal which has a frequency which increases over time and a second chirp signal which has a frequency which decreases over time;
  • the proposed computing device enables the signal generation for the radar system and in particular the transmitting-receiving unit to be carried out more stably with a high signal-to-noise ratio (“SNR”). This is achieved in particular by the two chirp signals provided, which can be made available, for example, to a transmitting-receiving unit, i.e. a radar sensor of the radar system.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the proposed computing device which can be used in a radar system, can reduce phase noise, in particular a low, stable phase noise can be present in the radar system.
  • a optical up-down chirp ramp generation can be carried out. This can be done in a particularly flexible manner.
  • the computing device offers the advantage that, particularly when the computing device is used in a radar system, the radar system requires a smaller number of optical fibers.
  • the computing device can be designed as a co-integrated circuit or chip.
  • co-integration can take place in the "EPIC" process in SiGe, SiM, CMOS, hybrid bi-CMOS processes.
  • the proposed computing device enables cost savings, particularly for the radar system.
  • the advantages of the signals provided by the computing device for the radar system are that they provide or create a radar system with increased resolution.
  • the two ring resonators can be used to generate optical signals for gigahertz signals.
  • the two ring resonators can be used to generate up-down chirps for a radar system.
  • a chirp is a signal whose frequency changes over time.
  • positive chirps where the frequency increases over time
  • negative chirps where the frequency decreases.
  • strong, short laser pulses can be "chirped" in order to amplify them by increasing the pulse duration.
  • the optical unit can be a laser device or a laser for generating the optical transmission signal or an optical carrier signal.
  • This optical transmission signal can be made available to the two optical ring resonators, in particular as an input signal. It is also conceivable that a second transmission signal is made available to the first optical ring resonator and a second transmission signal is made available to the second optical ring resonator.
  • the ring resonators are designed in such a way that the respective optical transmission signal is coupled into the respective ring resonator in order to be able to generate the two optical signals.
  • the two optical signals can also be referred to as frequency combs. In particular, the two optical signals have different or various pulse repetition frequencies.
  • the two optical ring resonators can be used to create two frequency combs that are detuned against one another, i.e. two signals that are detuned against one another.
  • the two different optical signals can be made available to the synthesis unit or transmitted, in particular in combination.
  • the synthesis unit can be referred to, for example, as a frequency synthesis unit, in particular as a gigahertz frequency synthesis unit.
  • the two optical signals can be changed or adapted using the synthesis unit.
  • the first chirp signal can be generated as a positive chirp signal. This results in up-chirp generation of the first optical signal.
  • the second chirp signal i.e.
  • a negative chirp signal can therefore be generated by down-chirp generation of the second optical signal.
  • the first chirp signal therefore has a rising frequency ramp and the second chirp signal has a falling frequency ramp.
  • the two chirp signals can be made available using the first and second optical outputs. In particular, these two chirp signals can be made available for the radar system and in particular for a transmitting/receiving unit of the radar system and in particular transmitted using optical transmission paths.
  • the computing device can be referred to as an electronic computing device or electronic computing system.
  • the computing device is a central unit for a radar system or radar sensor system.
  • the computing device which serves, for example, as a backend for a transmitting-receiving unit of a radar system, signal processing, signal conditioning from environmental detection, signal processing, digitization of data, and/or data fusion of environmental data or radar data can take place.
  • the computing device is used to control or activate transmitting and/or receiving units or radar sensors of the radar system.
  • the signals received by radar sensors can be evaluated for environmental detection.
  • the synthesis unit has a dispersive element, wherein the dispersive element is designed to change a respective frequency spectrum of the two optical signals in such a way that the two chirp signals can be generated or are generated.
  • the dispersive element can be a prism or other dispersing elements, for example.
  • a respective spectrum of the two optical signals can be changed and/or adjusted using the dispersive element.
  • dispersion is carried out using the dispersive element, so that a temporally variable signal is applied to the respective individual pulses of the optical signals can be impressed.
  • the synthesis unit can be designed in such a way that a synthesis or pulse synthesis can be carried out.
  • the two optical signals can be combined and sent together through the dispersive element or a dispersive medium.
  • the two optical ring resonators are designed as micro-ring resonators.
  • the invention makes use of the fact that the radiation of the laser device, which can in particular also be designed as a CW laser, is coupled into a photonic semiconductor by means of an optical interface.
  • the radiation propagates within a linear waveguide structure located in the semiconductor.
  • Another ring-shaped waveguide structure is arranged on the semiconductor at a very small distance from the linear waveguide structure. If the distance between the two waveguides is so small that the evanescent field of the electromagnetic radiation from the linear waveguide extends into the ring guide, radiation from the linear waveguide is coupled into the ring guide and propagates there.
  • the optical path length of the ring is selected so that it is an integer multiple of the wavelength, the light propagating in the ring guide interferes constructively with the coupled evanescent field after one cycle and amplification occurs. Since the interaction zone between the linear and ring-shaped waveguide is in the range of the wavelength, the interaction of the two fields is only of short duration, so that only constructive interference takes place. This creates an optical ring resonator. More laser radiation is coupled into the ring conductor than losses occur, up to and including saturation of the resonator's internal power. Part of the light propagating within the ring waveguide is coupled out again in the linear waveguide after the completion of each cycle and can be used as a signal.
  • the ring resonator amplitude-modulates the light with a suitable choice of diameter and coupling ratio of the waveguides, so that a pulse with high peak intensity is formed from a CW input signal.
  • the diameter of the optical ring resonators ranges from a few hundred micrometers to a few micrometers.
  • the round trip time of the light determines a repetition rate f rep of the output signal or pulse train.
  • Ring resonators designed in this way have high quality factors of Q greater than 10 6 , which lead to peak intensities within the resonator that can drive non-linear optical processes, so-called multiphoton processes. These occur during the interaction of high-intensity light and matter.
  • the development of the electrical polarization P is an established model to describe multiphoton processes in the light-matter interaction. where P describes the electrical pulsation, X the sensitivity, E the electric field and E 0 the electrical constant.
  • the non-linear refractive index cannot be neglected if there is sufficient coupling into the ring.
  • four-wave mixing processes occur during the interaction of light of high peak intensity with the waveguide, especially with a sensitivity of X ⁇ 2 .
  • the constant increase in intensity in the resonator ring initially causes a degenerative four-wave mixing process.
  • two photons Y P of the CW laser are absorbed, which is particularly called optical pumping, and an electron is raised to a virtual or real, higher energy level. After a short time, particularly when stimulated, the electron falls back to the ground state.
  • the newly generated frequencies are in a fixed phase and frequency relationship to one another, the spectral modes are therefore coupled.
  • This mode coupling creates a fundamental soliton, so that a pulse with a high spectral bandwidth is formed, which propagates dispersion-free in the ring resonator and reproduces itself at the resonator frequency f rep .
  • This turns a CW laser signal into a pulsed signal, which is characterized by an extremely high signal-to-noise ratio and low temporal variances.
  • Additional, complex waveguide structures can be used to generate the pulse state.
  • a second waveguide on the opposite side of the ring resonator can be used to couple out the pulse train.
  • additional resonator rings with coupling points can be used for further coupling between the ring resonators, which allow the corresponding frequency ranges of f rep to be tuned.
  • a further aspect of the invention relates to a radar system with a computing device according to the previous aspect or an advantageous development thereof and at least one transmitting-receiving unit, wherein the computing device is coupled to the transmitting-receiving device.
  • the chirp signals of the transmitting-receiving unit i.e. a combined transmitting and receiving unit, produced or generated by the synthesis unit can be transmitted or transmitted via optical transmission paths. These two chirp signals can then be used to transmit signals, in particular radar signals.
  • the transmitting-receiving unit m is a single semiconductor chip for the T x and R x channels.
  • this unit can be manufactured on the basis of a CMOS, SiN-CMOS, Bi-CMOS or a hybrid Bi-CMOS process.
  • the computing device and/or the transmitting-receiving unit is a photonic-electronic co-integrated chip or semiconductor chip.
  • such a radar system can be used in, for example, at least partially autonomous motor vehicles, but especially in fully autonomous motor vehicles.
  • safe environmental perception is essential.
  • the environment or surroundings are recorded using sensors such as radar, lidar and cameras.
  • a holistic, 360-degree three-dimensional recording of the environment is particularly important so that all static and dynamic objects can be recorded.
  • redundant, robust environmental detection plays a key role, as this type of sensor can measure distances precisely in environmental detection and can also be used for classification.
  • these lidar sensors are costly and complex to construct.
  • 360-degree three-dimensional environmental detection is particularly problematic, as either many smaller individual sensors are required to ensure this, which usually work with many individual light sources and detector elements, or large lidar sensors are installed.
  • lidar sensors are susceptible to weather influences such as rain, fog or direct sunlight.
  • a radar system according to the invention can provide a remedy here.
  • Radar sensors or radar systems are also established in automotive engineering and provide reliable and fail-safe data in all weather conditions. Even poor visibility conditions such as rain, fog, snow, dust and darkness hardly affect their perception reliability.
  • the resolution is currently limited, especially since the series radars in use are only designed with a resolution of around 7°.
  • the radar system is intended to provide three-dimensional images with a high resolution in the range of 0.1 ° and below with a high level of insensitivity to interference from their surroundings. This is not achieved with conventional radar technology because the resolution of such systems is too low.
  • the radar system according to the invention can be used to increase the resolution of photonic radar systems.
  • the co-integration of electronic and photonic components on the single-chip system, i.e. on a single semiconductor chip, can increase the resolution of photonic radar systems.
  • silicon photonics technology can be used for the cointegration of photonic and electronic components on the single-chip system.
  • This enables the monolithic integration of photonic components, high-frequency electronics and digital electronics together on a single integrated circuit or chip.
  • Such a system offers the advantage that signal transmission of GHz signals can be carried out using an optical carrier signal in the THz frequency range.
  • Each transmitting and receiving module consists of an electronic-photonic co-integrated chip (so-called "EPIC chip”). Silicon photonics technology is used for the cointegration. This enables the monolithic integration of photonic components, high-frequency electronics and digital electronics together on one chip (“electronic-photonic co-integration").
  • the technical innovation of such a system lies in the signal transmission of GHz signals using an optical carrier signal in the THz frequency range.
  • a central station generates an optical carrier frequency (THz).
  • the signal to be transmitted is modulated at 1/8 of the radar frequency and sent to the antenna chips via optical fiber. The frequency is multiplied eightfold on these so that the radar radiation can be emitted by the antenna chips.
  • the signal is detected in the opposite way. All data is processed at the central station.
  • the principle of electronic-photonic cointegration in one chip, with silicon-on-insulator regions for the photonic components and bulk silicon regions for the electronic circuits, is a technology that is unique worldwide. This enables high signal quality with low parasitic interference, particularly at high data rates.
  • the connection of the RF circuits for the radar antennas, including the frequency multiplier, to the optical transceiver can be implemented without additional wire or flip-chip bonding.
  • chips can be optically and electrically tested at wafer level, which means that a high yield can be achieved in the further module construction.
  • This technology enables extremely compact form factors to be realized, which is highly relevant for the application of optical technologies based on silicon photonics in the automotive industry.
  • the design described above requires extensive effort in the implementation of GHz electronics at chip level.
  • the frequency quadrupling that takes place on the chip after detection by a photodiode is technically challenging and represents a high effort in terms of GHz signal generation with a high signal-to-noise ratio and as little jitter as possible.
  • the GHz signal must therefore be stabilized in further steps, which is complex.
  • GHz electronics are also costly.
  • high performance requirements are placed on the optical carrier (laser), since a lot of optical power is needed to generate a high-precision GHz signal, which makes ring lines with a single fiber for a radar array with many distributed RADAR semiconductor chips difficult to implement.
  • two different photonic-electronic semiconductor chips are required for the transmit and receive channels (T x and R x ), which leads to further costs.
  • the central electronic unit can be coupled to an optical input and an optical output of the transmitting-receiving unit via at least one optical fiber.
  • Such a radar system can be used in particular in motor vehicles or in automated systems or in aviation or aerospace technology. Further possible embodiments of the radar system according to the invention and/or the radar sensor device according to the invention could be used for polarization-sensitive detection by shaping the antenna geometry.
  • an application could be in data transmission in the 5G frequency band or beyond.
  • data transmissions for Car-2-X applications such as software updates, map updates, infrastructure signals, could be used.
  • the radar sensor device could be used as a passive detector element for environmental perception. It is also conceivable that it could be used to detect radiation emitted for communication, such as radio, telecommunications, satellite communications or similar camera systems.
  • the radar system is particularly advantageous for use in motor vehicles, since sensor systems distributed around the motor vehicle are required in order to be able to perceive the surroundings efficiently.
  • the radar system therefore requires one, in particular a single, central electronic computing device, in particular a central station.
  • the central electronic computing device With the help of the central electronic computing device, the most diverse transmitting/receiving units can be supplied with the optical transmission signal, and the central electronic computing device can receive the optical output signals or other signals in the respective optical outputs of the transmitting/receiving units.
  • the central electronic computing device is a physically separate unit from the transmitting-receiving unit.
  • the central electronic computing device is not part of the transmitting-receiving unit.
  • the central electronic computing device can be a different semiconductor chip or integrated circuit from the transmitting-receiving unit.
  • the central electronic computing device can be used to track an FMCW signal (frequency modulated continuous wave signal) as well as to carry out all signal processing and signal evaluation.
  • the transmitting and receiving operations can be carried out using the transmitting-receiving unit.
  • the central electronic computing device can generate an optical carrier frequency, in particular the optical transmission signal, in the terahertz frequency range.
  • the signal to be transmitted, in particular the optical transmission signal is modulated onto this with one eighth of the radar frequency of the radar system and the optical phase or amplitude modulation or frequency modulation is sent or transmitted to the transmitting-receiving unit. In this way, the frequency is increased eightfold so that the radar radiation, in particular the radar transmission signal, can be transmitted.
  • the signal detection takes place in the opposite way. All data is processed on the central station, in particular the central electronic computing device.
  • the central electronic computing device is coupled to the optical input and the optical output of the transmitting/receiving unit via one or more glass fibers.
  • the optical transmission signal generated by the central electronic computing device is coupled into the glass fiber and transmitted to the optical input of the transmitting/receiving unit via optical signal transmission.
  • the carrier signal or radar driver signal is thus transmitted via optical transmission paths.
  • the glass fiber can be a fiber optic cable.
  • the central electronic computing device is also coupled to the optical output via a glass fiber. Consequently, the transmitting/receiving unit can couple the optical reception signal into the glass fiber and transmit it to the central electronic computing device for evaluating the received radar radiation.
  • the transmit-receive unit has a first detection unit for generating a first electrical signal based on the first chirp signal and a second detection unit for generating a second electrical signal based on the second chirp signal.
  • Heterodyne detection can be carried out in particular using the two detection units.
  • the two detector units can therefore be referred to as heterodyne detector units.
  • the two detection units can belong to a higher-level heterodyne detection unit.
  • the detection units can be used to measure or select the chirp signals or their frequency combs or frequency comb modes. Furthermore, a conversion from an optical to an electrical or electronic signal can be carried out. The two electrical signals can then be used for transmission.
  • the first electrical signal can have a rising frequency ramp or ramp.
  • the second electrical signal can have a falling frequency or frequency ramp.
  • the transmitting-receiving unit is designed to generate an electrical transmission signal or radar signal depending on the first and second electrical signal, wherein the transmission signal has a frequency which is determined from a difference between a frequency of the first signal and a frequency of the second signal is formed.
  • the difference or difference frequency of the two chirp signals or their frequency combs can be determined using heterodyne detection.
  • the difference frequency can be in the gigahertz frequency range. A gigahertz frequency signal is therefore available for transmission.
  • the transmitting-receiving unit has an antenna which is set up to transmit the electrical transmission signal and to receive an electrical reception signal which is based on the electrical transmission signal. Consequently, the transmitting-receiving unit or transmitting and receiving unit can have an antenna or an antenna element. This antenna is used both for transmitting signals and for receiving signals, in particular radar signals. In this way, the transmitting-receiving unit in particular can be made more compact, which is particularly advantageous for use in the automotive sector, since the transmitting-receiving unit can be attached to and/or in the vehicle in a space-saving, flexible and versatile manner and can therefore be used.
  • a transmission signal can be sent out in the gigahertz frequency range that is very stable and low-noise. This enables improved, particularly three-dimensional, image plane, environment detection or radar detection.
  • the transmitted signal can be an electronic gigahertz signal.
  • the transmitted signal can be transmitted into the vicinity of the radar system. If the transmitted signal is reflected, for example, by an object in the vicinity and is reflected back as a radar signal, this can be received by the antenna as an electrical or electronic received signal.
  • the transmitting-receiving unit has a control unit with which the transmitting-receiving unit can be controlled depending on an electrical control signal which is transmitted from the computing device to the transmitting-receiving unit via an electrical transmission path. Furthermore, the control unit is designed to switch the transmitting-receiving unit between a transmission mode for transmitting the electrical transmission signal and a reception mode for receiving the electrical reception signal. In particular, the antenna and the corresponding electrical or electronic components of the transmitting/receiving unit are controlled or actuated. Consequently, a space-saving transmitting/receiving unit can be designed, since the actual computing power or contact line steps take place in the computing device.
  • the antenna and in particular all components of the modes required for switching can be controlled using the control signal.
  • the antenna can be switched between transmitting and receiving.
  • the components and/or units required for this are also controlled, so that the antenna can either transmit using the transmitting signal or the received signal can be processed accordingly and, for example, made available to the computing device for environmental detection or radar analysis.
  • the transmitting-receiving unit has an electrical-optical wall unit, wherein the electrical-optical wall unit is designed to convert the received electrical reception signal into an optical reception signal.
  • the reception of an electrical reception signal can be converted. This can be done, for example, in the reception mode of the transmitting-receiving unit.
  • the received signal such as the reception of the radar signal, can in turn be provided or transmitted optically to the computing device via optical transmission paths or an optical transmission path.
  • the radar system has an optical back channel for transmitting the optical reception signal from the transmitting/receiving unit to the computing device, wherein the computing device has an electrical-optical conversion unit for converting the optical reception signal into an electrical signal, and wherein the electrical signal can be evaluated with regard to radar information or environmental information using an evaluation unit of the computing device.
  • the received signal from the antenna can first be optically transmitted to the computing device using optical transmission paths and then returned or converted in the computing device into an electrical or electronic signal.
  • the electrical signal can also be appropriately processed, compressed and/or digitized in order to then be used with the aid of the evaluation unit, in particular an electronic evaluation unit, which can evaluate at least one piece of radar information, in particular environmental information.
  • the radar system or the transmitting/receiving unit and the computing device are physically and spatially separate units. Consequently, the radar system consists of a computing device which is designed as an independent unit, such as a single-chip system, EPIC chip or as an integrated circuit, and of at least one transmitting/receiving unit which is different or separate from the computing device.
  • the radar system can operate several transmitting/receiving units or radar sensors with the help of a single central unit, such as the computing device. This is a flexible and universally applicable option for the radar system.
  • a vehicle with a radar system according to one of the preceding aspects and advantageous further development relates.
  • the radar system described above can be advantageously used in the vehicle.
  • the computing device can be centrally integrated in the vehicle and several distributed transmitting/receiving units can be arranged in and/or on the vehicle for environmental detection.
  • the transmitting/receiving units can be integrated over a large area in or on the vehicle as miniaturized, photonic co-integrated radar chips in a coherently distributed, thinned array. These, in turn, can be connected or coupled to the computing device for control and signal processing or signal evaluation.
  • an ultra-stable, extremely low-noise imaging 3D radar sensor system can be created, which can also be used at the electronic-photonic co-integrated chip level as a cheap, redundant information source for secure data fusion. This is particularly advantageous in the automotive sector and in highly automated or autonomous vehicles.
  • the radar system offers the advantage that an environment can be reliably detected by achieving a high signal-to-noise ratio and stable signal generation in the sensor. This is particularly advantageous for large devices with sparse antenna arrangements in order to be able to reliably detect or record targets, especially in the vicinity of a vehicle.
  • the angular resolution is limited by the extent of its antennas (with devices being used in the Radar technology refers to the area over which the antennas are distributed). Radar systems are, for example, modules with a size of around 10 by 10 cm 2 limited by the ability to integrate vehicles. The angular resolution is accordingly limited to, for example, around 2 degrees. The resolution improves in proportion to the size of the device. If two objects are to be resolved in angle (azimuth and elevation), an apparatus that extends in two directions is required. This can be achieved by the proposed radar system and in particular by using the radar system in the vehicle.
  • the distance between the elements or individual antennas is important for an antenna element. This determines the clearly measurable angle range. Larger antenna distances lead to ambiguities in the angle measurement. Radar systems in the automotive sector therefore use so-called virtual antenna elements.
  • a virtual antenna element consists of the combination of a transmitting antenna with a receiving channel, precisely in the middle of the connection vector. With n transmitting antennas and m receiving antennas, a virtual error of m x n elements can be generated. This principle is known as "multiple-input-multiple-output" (MIMO).
  • MIMO multiple-input-multiple-output
  • a further aspect of the invention relates to a method for operating a radar system according to one of the preceding aspects or an advantageous embodiment thereof, wherein the following steps are carried out:
  • photonic microresonators can be achieved or used for up-down chirp generation in photonic-electronic cointegrated radar systems.
  • the proposed method can be used to develop a corresponding radar system and/or computing device according to the previous aspects and in advantageous further development thereof.
  • the computing device and/or the radar system have means to be able to carry out the method just described.
  • the electrical reception signal based on the electrical transmission signal is received with the antenna and converted into the optical reception signal, wherein the conversion is carried out on the basis of the electrical-optical reception signal, wherein the radar information is evaluated on the basis of the optical reception signal, so that environmental detection can be carried out with the radar system.
  • the two chirp signals are converted into the two electrical signals by means of heterodyne detection, and the electrical transmission signal is generated on the basis of the two electrical signals.
  • the computing device, the radar system and/or the vehicle have means to be able to carry out the method according to the invention.
  • an error message and/or a request to enter user feedback is issued and/or a default setting and/or a predetermined initial state is set.
  • the invention also includes further developments of the radar system according to the invention, the vehicle according to the invention and the method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the further developments of the computing device according to the invention. For this reason, the corresponding Further developments of the radar system according to the invention, the vehicle according to the invention and the method according to the invention are not described again here.
  • the invention also includes combinations of the features of the described embodiments.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a vehicle with a radar system according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of the radar system 2 from Fig. 1;
  • Fig. 3 is a schematic representation of the synthesis unit 19 and a transmitting-receiving unit of the radar system 2 from Fig. 2;
  • Fig. 4 is an exemplary representation of a diagram with two specific frequency combs
  • Fig. 5 is an exemplary representation of a frequency spectrum relating to a first chirp signal
  • Fig. 6 exemplary representation of a frequency of a frequency spectrum of a second, or negative, chirp signal
  • Fig. 7 is an exemplary diagram of an electrical signal with an increasing frequency ramp
  • Fig. 8 is an exemplary representation of a signal with a falling frequency ramp
  • Fig. 9 is a schematic representation of the transmitted signal resulting from an up-down chirp method.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a vehicle 1, which may be a motor vehicle.
  • vehicle 1 contains, for example, a radar system 2.
  • the radar system 2 can be, for example, a sensor system or an environment sensor system or a radar sensor system of the vehicle 1.
  • the radar system 2 can be communicatively networked with one or more driver assistance systems or other vehicle systems.
  • the radar system can have at least one radar sensor or another type of sensor. In addition to the use of the radar system 2 in the vehicle 1, it can also be used or applied in systems external to the vehicle.
  • an environment 3 of the vehicle 1 can be detected so that an environment detection can be carried out.
  • the radar system 2 can also be used in automated systems, in the shipping industry, in aeronautical engineering or in communications technology.
  • Fig. 2 shows an example view of the radar system 2.
  • the radar system can have a, in particular central electronic, computing device 4.
  • the radar system 2 can have several transmitting/receiving units 5, which can be arranged distributed on the vehicle 1, for example, in particular for environmental detection.
  • the transmitting/receiving units 5 can be radar chips or radar sensor units, for example.
  • the transmitting/receiving units 5 can be used both for transmitting and for sending or receiving signals.
  • the transmitting/receiving units are therefore combined units for sending and receiving signals.
  • such a transmitting-receiving unit 5 can be referred to as a transmitting and receiving module.
  • This can be referred to or formed from an electronic-photonic co-integrated chip (so-called “EPIC chip”).
  • the computing device which can be referred to as the central unit, can also be formed from an electronic-photonic co-integrated chip.
  • the computing device 4 is a physically and/or spatially separate unit from the transmitting-rece
  • the computing device 4 can have an optical unit 65 or a laser device or a laser.
  • the optical unit 65 can be designed as an optical source or as a CW laser.
  • an optical transmission signal 7 or a carrier signal can be generated and thus provided.
  • the optical transmission signal 7 can in particular be designed as an optical carrier signal in the terahertz frequency range.
  • the computing device 4 can, for example, generate the optical carrier frequency.
  • the signal to be transmitted can be modulated at this optical carrier frequency with one eighth of a radar frequency and transmitted, for example, to the transmitting-receiving units 5. In this way, frequency multiplication can take place.
  • signals in the gigahertz frequency range can be received.
  • the computing device 4 can be connected to a respective transmitting/receiving unit 5 via a glass fiber 8, as an optical transmission path.
  • Signals in particular optical signals, can be transmitted from the computing device 4 to the individual transmitting/receiving units 5 via the glass fiber 8.
  • a respective transmitting/receiving unit 5 can be optically coupled to the computing device 4 via an optical return channel 9.
  • an electrical transmission signal can be transmitted, in particular into the environment 3.
  • An electrical reception signal 11 corresponding to the electrical transmission signal 10 can also be received with the transmitting-receiving unit 5.
  • the transmission signal 10 can be reflected by an object in the environment 3 of the vehicle 1 and thus received as an electrical reception signal 11.
  • the reception signal 11, which can be referred to as a radar signal, for example, can be transmitted or transferred to the computing device 4 for evaluation or signal processing.
  • the electrical reception signal 11 can be converted into an optical reception signal 12 by means of the transmitting-receiving unit 5. converted. For example, this can be transmitted via the return channel 9 of the computing device 4.
  • the optical reception signal 12 can in turn be converted into an electrical signal 14 by means of an optical-electrical converter unit 13 or detector unit of the computing device 4.
  • the unit 13 can, for example, be used for optical detection.
  • the conversion can be carried out, for example, by homodyne detection or heterodyne detection.
  • the unit 13 can carry out a phase measurement and/or a phase length measurement.
  • Digitization can then again be carried out using a digital interface 15.
  • an analog-digital conversion can primarily take place.
  • the digital interface 15 can have an analog-digital converter.
  • a processing unit 16 can be arranged afterwards. This can be used, for example, for signal processing, in particular for a "low-level signal". For example, a fast Fourier transformation (FFT) can be used for this.
  • FFT fast Fourier transformation
  • the digitized, processed electrical signal 14 can then be made available to an evaluation unit 17 of the computing device 4. In this case, radar information or environmental information contained in the electrical signal 14 can in particular be evaluated or processed.
  • an electrical return channel 18 can be provided, which provides feedback from at least one of the transmitting-receiving units 5 to the computing device 4 and in particular to the digital interface 15.
  • the optical transmission signal 7 can be adapted by means of frequency synthesis or gigahertz frequency synthesis.
  • the computing device 4 can have a synthesis unit 19.
  • the optical transmission signal 7 can be fed or transmitted to the synthesis unit 19.
  • modulation can be carried out before the optical transmission signal 7 is made available to the synthesis unit 19.
  • a modulator or modulation unit 20 can be provided. This can be designed, for example, as an arbitrary generator or arbitrary function generator (AWG).
  • an optical control unit 21 and an optical switch or distributor 22 can be provided in the computing device 4, for example, in order to be able to make appropriately processed signals from the synthesis unit 19 available to the transmitting/receiving units 5 via the glass fiber 8.
  • a control unit 23 can be controlled by the evaluation unit 17 in order to monitor or control the generation of the optical transmission signal.
  • a control unit or a feedback loop 24 can be provided.
  • the computing device 4 is electrically connected to the transmitting-receiving units 5 by means of an electrical transmission path 25.
  • An electrical control signal 26 for controlling or activating the transmitting-receiving units 5 can be transmitted via this electrical transmission path 25.
  • the computing device 4 serves to generate an optical carrier signal, the optical transmission signal 7, and to feed this into a gigahertz frequency synthesis unit, for example the synthesis unit 19.
  • the synthesized gigahertz signal can be transmitted in the optical spectral range via fiber, i.e. the glass fiber 8, to the transmitting-receiving units 5, so that, for example, a 77 gigahertz signal can be emitted or sent out by the transmitting-receiving units 5.
  • the signal detection can in turn take place in the opposite way. All data can be processed in the computing device 4.
  • Fig. 3 shows a detailed representation of the synthesis 19 and an exemplary representation of a transmitting/receiving unit 6 of the multiple transmitting/receiving units 5.
  • the optical transmission signal 7 can be made available to a first optical ring resonator 27 and a second ring resonator 28.
  • the ring resonators 27, 28 can be, for example, micro-ring resonators. These can have an oval, in particular ring-shaped, shape.
  • a first optical signal 29 can be generated or modulated depending on the optical transmission signal 7 coupled into the optical ring resonators 27.
  • a second optical signal 30 can be modulated or generated by the transmission signal 7 coupled into the second optical ring resonator.
  • the two optical signals have different pulse repetition frequencies F req1 and F req2.
  • the transmission signal 7 can be transmitted with an optical coupling element 31 or a linear waveguide for coupling into the ring resonator 27.
  • the optical transmission signal can be made available at an input 32 in order to be able to provide it from there to the coupling element 31.
  • the coupling element 31 can be arranged, in particular immediately adjacent, to one side of the optical ring resonator 27.
  • the coupling element 31 and the ring resonator 27 are arranged at a predetermined coupling distance from one another.
  • the coupling element 31 and the ring resonator 27 therefore have a gap or a distance from one another.
  • the coupling element 31 and the ring resonator 27 do not touch one another.
  • a coupling ratio between the coupling element 31 and the ring resonator 27 can be predetermined or defined or set.
  • the transmission signal 7 can propagate within the coupling element 31.
  • the optical transmission signal 7 creates an evanescence field, as a result of which the transmission signal 7 is coupled into the optical ring resonator 27.
  • new coupled fields and fields already in the ring resonator 27 can interfere constructively. An amplitude modulation can thus be generated.
  • a fundamental soliton is built up, which can be coupled out in the form of a pulse train 33 or the optical signal 29.
  • the pulse train 33 can be generated in the ring resonator 27 by means of a 4-wave co-process depending on the coupled optical transmission signal 7.
  • the first optical signal 29 in particular can be coupled out of the ring resonator 27 by means of a further optical coupling element 34.
  • the transmission signal 7 can again be coupled into the ring resonator 28 by means of a coupling element 35 and, after appropriate modulation, the second optical signal 30 can be coupled out by means of a further coupling element 36.
  • a pulse train 37 can again be generated or modulated.
  • the two optical signals 29, 30 differ in their respective pulse repetition frequency or pulse repetition rate.
  • the respective pulse repetition frequency can be modulated depending on a respective diameter of the ring resonators 27, 28 and/or the respective coupling distance and/or a coupling ratio. As shown schematically in Fig. 3, the two ring resonators 27, 28 differ in their diameter.
  • the two optical signals 29, 30 can be modulated or generated, in particular with the aid of the ring resonators 27, 28, in such a way that two different or two mutually determined frequency combs 38, 39 (see Fig. 4) can be generated.
  • the frequency combs 38, 39 and in particular the signals 29, 30 can, in particular in combination, be modulated or generated by a dispersive element or dispersive medium 40. This allows a respective frequency spectrum of the two optical signals 29, 30 to be changed in such a way that a first chirp signal 41 and a second chirp signal 42 can be generated.
  • the two frequency combs 38, 39 are in particular slightly spectrally shifted.
  • an up-chirp signal which has a frequency that increases over time, can be provided using the first chirp signal 41.
  • a down-chirp signal can be provided using the second chirp signal.
  • the frequency combs or spectra of the chirp signals 41, 42 are shown in Figs. 5 and 6.
  • the two chirp signals 41, 42 can be provided, for example, at a respective optical output 43, 44.
  • either the outputs 43, 44 can be optically coupled directly to the transmitting-receiving unit 6 or, as shown in Fig. 2, the optical units 21, 22 can be switched after the synthesis 119.
  • elements 45 such as filters, frequency selectors or switches are used to provide the first chirp signal 41.
  • An element 46 can be provided for the second chirp signal 42, which can have a filter, a frequency selector and/or a switch, for example.
  • a delay line or delay element 47 can be used to provide or generate the second chirp signal 42.
  • the two signals 41, 42 can thus be transmitted or provided either indirectly or directly by means of the optical outputs 43, 44 to a respective optical input 48, 49 of the transmitting-receiving unit 6.
  • the first chirp signal 41 can be converted into a first electrical signal 52.
  • the first electrical signal 52 can have an increasing frequency ramp (see Fig. 7).
  • the second chirp signal 42 can in turn be converted into a second electrical signal 53.
  • the second electrical signal 53 can, for example, have a falling frequency ramp (see Fig. 8).
  • the two detection units 50, 51 can, for example, be referred to as a heterodyne detection unit.
  • the difference frequencies fdi3, fdi2, fdn (see Fig. 5) and f d 23, fd22, fd2i (see Fig. 6) of the comb of the frequency combs 38, 39 can be measured using frequency selection.
  • the difference frequency is in the gigahertz frequency range and is "chirped" in time.
  • the two frequency combs 38, 39 can be superimposed.
  • the difference frequency can be measured again.
  • a sequence of the difference frequencies of both combs 38, 39 thus provides the individual frequencies.
  • the detector unit 50 can have elements such as beam splitters 54 and photodiodes or phototransistors 55.
  • the second detector unit 51 can in turn have beam splitters and photodiodes 57.
  • the second signal 53 can be temporally adjusted by a time delay 58.
  • the two electrical signals 52 and 53 can then be combined or unified to form the electrical transmission signal 10.
  • An example of this signal 10 is shown in Fig. 9. This is a resulting up-down chirp signal.
  • the two signals 52, 53 can be combined, for example, with a circulator and thus to form the transmission signal 10.
  • the transmission signal 10 can thus be transmitted as a gigahertz frequency signal for environmental detection.
  • the transmission signal 10 can be adapted, for example, using a phase modulation unit and/or frequency modulation unit 59.
  • an amplifier 60 can be provided to amplify the signal accordingly for transmission. Transmission can take place using an antenna 61 or an antenna element of the transmitting-receiving unit 6. Since the transmitting-receiving unit 6 only provides a single antenna 61 for transmission and reception, a control unit 63 is provided.
  • This control unit 63 which can in particular be designed as an electronic unit, can enable either transmission or reception using the control signal 26 of the computing device 4.
  • electrical components 62 such as switches or RF drivers and in particular the antenna 61, are controlled or operated in such a way that either the transmission signal 10 can be transmitted or the reception signal 11 can be received.
  • the control unit 63 can set or operate the transmitting-receiving unit 6 either in a transmitting mode or in a receiving mode.
  • the transmitting-receiving unit 6 can have an electrical-optical converter unit 64, with which the received electrical signal can be converted into the optical signal 12 for return to the computing device 4 for signal processing.
  • the transmitting-receiving unit can be used as a TX-RX front end for detecting the surroundings of vehicle 1.
  • such a front end can be installed in the area of the vehicle's windshield.
  • Fig. 3 shows a gigahertz frequency ramp synthesis with up- and down-chirp by means of two detuned micro-resonators 27, 28 and provision of a radar signal which is transmitted to the radar front end (transceiver unit 6) in order to be able to transform there by frequency conversion using heterodyne detection from the terahertz spectral range to the gigahertz spectral range.
  • specific frequency combs 38, 39 can be generated using the synthesis unit 19.
  • two frequency combs 38, 39 can be used with different repetition rates freq1, freq2.
  • the diameters of the micro-resonators 27, 28 can be designed differently so that the frequency combs are spectrally shifted relative to one another.
  • all spectral components can propagate at the same time so that the pulses or pulse trains 33, 37 theoretically have a minimal pulse duration. If a signal or frequency comb propagates through a normal disposable medium, such as air, the high-frequency spectral components experience a greater time delay than the low-frequency spectral components.
  • the pulses 33, 37 can be positively and negatively chirped and thus stretched in time.
  • the signals 41, 42 are measured using the detector units 50, 51. The resulting frequencies form a ramp in the gigahertz spectral range.
  • the vehicle 1 can be a passenger car or a truck.
  • the vehicle can be a highly automated vehicle.
  • several transmitting/receiving units 5 can be arranged over a large area in array arrangements in or on the vehicle 1.
  • a sparse array configuration can be selected for this purpose.
  • transmitting/receiving units 5 can be arranged in the vehicle 1 and connected to the computing device 4. This can be used for an ADAS (Advanced Driver Assistant) of the vehicle.
  • the transmitting/receiving units 5 can be arranged on windshields, rear windows, on the vehicle roof or bumper.
  • a separate radiation source can be provided for the return channel 9.
  • both ring resonators 27, 28 can be fed with the same optical transmission signal 7.
  • both ring resonators 27, 28 can be fed by different optical transmission signals.
  • the optical signal 12 provided with the return channel 9 is made available to at least one of the two ring resonators 27, 28, so that it can be additionally coupled in or taken into account for the optical signals 29, 30.
  • the figures show the possibility of creating an ultra-stable, extremely space-saving radar system at the electronic photonic chip level.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Recheneinrichtung (4) für ein Radarsystem (2), mit - einer optischen Einheit (65) zum Bereitstellen eines optischen Übertragungssignals (7); - einem ersten optischen Ringresonator (27) einer Syntheseeinheit (19), der dazu ausgebildet ist, das optische Übertragungssignal (7) in den ersten optischen Ringresonator (27) einzukoppeln und ein erstes optisches Signal (29) zu modulieren, - einem zweiten Ringresonator (28) der Syntheseeinheit (19), der dazu ausgebildet ist, das optische Übertragungssignal (7) in den zweiten optischen Ringresonator (28) einzukoppeln und ein zweites optisches Signal (28) zu modulieren, wobei die beiden optischen Signale (29, 30) unterschiedliche Impulsfolgefrequenzen (freq1, freq2) aufweisen; - der Syntheseeinheit (19), die dazu ausgebildet ist, auf Basis der beiden optischen Signale (29, 30) ein erstes Chirp-Signal (41) und ein zweites Chirp-Signal (42) zu erzeugen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Radarsystem (2), ein Fahrzeug (1) sowie ein Verfahren.

Description

Beschreibung
Einsatz photonischer Mikroringresonatoren zur Up-Down-Chriperzeugung in photonisch- elektronisch kointegrierten Radarsystemen
Die Erfindung betrifft eine Recheneinrichtung für ein Radarsystem.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Radarsystem mit einer entsprechenden Recheneinrichtung und zumindest einer Sende-Empfangs-Einheit.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Radarsystem. Ebenfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems.
Aus der US 8,761 ,693 B1 ist ein dynamisch rekonfigurierbares Sensorarray bekannt. Das Sensorarray kann mehrere verteilt angeordnete Sensoren aufweisen, wobei jeder dieser Sensoren einstellbar oder rekonfigurierbar ist. Jeder der Sensoren enthält einen Sender, wobei jeder der Sensoren über drahtlose Kommunikationswege mit den anderen Sensoren des Sensorarrays verbunden ist. Die Sensoren sind so ausgebildet, dass sie mit den anderen Sensoren kompatibel betreibbar sind.
Ferner offenbart die WO 2022/157191 A1 eine Radarsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug insbesondere zumindest teilweise autonom, insbesondere vollautonom, ausgebildet sein kann. Die Radarsensorvorrichtung weist eine zentrale elektronische Recheneinrichtung auf, welche zum Erzeugen eines elektrischen Steuersignals für eine Sendeeinrichtung der Radarsensorvorrichtung ausgebildet ist. Ferner umfasst die Radarsensorvorrichtung eine Lasereinrichtung, welche in Abhängigkeit von dem elektrischen Steuersignal ein optisches Übertragungssignal zum Übertragen an die Sendeeinrichtung erzeugt.
Des Weiteren offenbart die US 2016/0291131 A Verfahren zur Charakterisierung eines FM (frequency modulator) „Chirp-Signal“, welches mittels eines „device under test“ (DUT) generiert wurde. Hierzu können standardisierte und automatisierte Messeinrichtungen verwendet werden, um Radarsysteme der Automobilindustrie testen zu können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis in einem Radarsensor zu verbessern und eine Signalerzeugung in einem Radarsensor stabiler durchführen zu können. Diese Aufgabe wird durch eine Recheneinrichtung, ein Radarsystem, ein Fahrzeug sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Ein Aspekt der Erfindung beziehungsweise ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Recheneinrichtung für ein Radarsystem, mit
- einer optischen Einheit zum Bereitstellen eines optischen Übertragungssignals;
- einem ersten optischen Ringresonator einer Syntheseeinheit, der dazu ausgebildet ist, das optische Übertragungssignal in den ersten optischen Ringresonator einzukoppeln und ein erstes optisches Signal in Abhängigkeit von dem eingekoppelten optischen Übertragungssignal zu modulieren,
- einem zum ersten Ringresonator verschiedenen zweiten Ringresonator der Syntheseeinheit, der dazu ausgebildet ist, das optische Übertragungssignal in den zweiten optischen Ringresonator einzukoppeln und ein zum ersten optischen Signal verschiedenes zweites optisches Signal in Abhängigkeit von dem eingekoppelten optischen Übertragungssignal zu modulieren, wobei die beiden optischen Signale unterschiedliche Impulsfolgefrequenzen aufweisen;
- der Syntheseeinheit, die dazu ausgebildet ist, auf Basis der beiden optischen Signale ein erstes Chirp-Signal, welches eine zeitlich zunehmende Frequenz aufweist, und ein zweites Chirp-Signal, welches eine zeitlich abnehmende Frequenz aufweist, zu erzeugen;
- einem ersten optischen Ausgang der Syntheseeinheit zum Bereitstellen es ersten Chirp-Signals; und
- einem zweiten optischen Ausgang der Syntheseeinheit zum Bereitstellen des zweiten Chirp-Signals.
Durch die vorgeschlagene Recheneinrichtung kann insbesondere die Signalerzeugung für das Radarsystem und insbesondere Sende-Empfangs-Einheit, stabiler durchgeführt werden bei einem hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnis („SNR“). Dies wird insbesondere durch die beiden bereitgestellten Chirp-Signale erreicht, welche beispielsweise einer Sende-Empfangs-Einheit, also einem Radarsensor des Radarsystems zur Verfügung gestellt werden kann.
Durch die vorgeschlagene Recheneinrichtung, welche in einem Radarsystem eingesetzt werden kann, kann ein Phasenrauschen verringert werden, insbesondere kann ein niedriges, stabiles Phasenrauschen in dem Radarsystem vorliegen. Mit Hilfe der Recheneinrichtung kann eine optische Up-down-Chirp-Rampenerzeugung durchgeführt werden. Dies kann insbesondere flexibel erfolgen. Des Weiteren bietet die Recheneinrichtung den Vorteil, dass insbesondere beim Einsatz der Recheneinrichtung in einem Radarsystem, das Radarsystem mit eine geringere Anzahl an optischen Fasern benötigt.
Insbesondere kann die Recheneinrichtung als kointegrierter Schaltkreis beziehungsweise Chip ausgebildet sein. Hierbei kann eine Kointegration in „EPIC“-Prozess in SiGe, SiM, CMOS, Hybrid- bi-CMOS-Prozessen erfolgen. Insbesondere ermöglicht die vorgeschlagene Recheneinrichtung eine Kosten-Ersparnis insbesondere für das Radarsystem. Des Weiteren bieten die Vorteile durch die bereitgestellten Signale der Recheneinrichtung für das Radarsystem ein Radarsystem mit einem erhöhten Auflösungsvermögen bereitzustellen beziehungsweise zu schaffen. Durch die beiden Ringresonatoren kann eine optische Signalerzeugung für Gigahertz-Signale durchgeführt werden.
Mithilfe der beiden Ringresonatoren kann insbesondere eine Up-Down-Chirp-Erzeugung für ein Radarsystem durchgeführt werden.
Also ein Chirp oder eine Zirpe wird in der Signalverarbeitung ein Signal bezeichnet, dessen Frequenz sich zeitlich ändert. Dabei wird zwischen positiven Chirp, bei denen die Frequenz zeitlich zunimmt und negativen Chirps bei denen eine Frequenzabnahme vorliegt, unterschieden. Beispielsweise können starke, kurze Laserpulse „gechirpt“ werden, um sie mit dadurch vergrößerter Pulsdauer verstärken zu können.
Beispielsweise kann es sich bei der optischen Einheit um eine Lasereinrichtung beziehungsweise um einen Laser zum Erzeugen des optischen Übertragungssignals beziehungsweise eines optischen Trägersignals handeln. Dieses optische Übertragungssignal kann den beiden optischen Ringresonatoren zur Verfügung gestellt werden, insbesondere als Eingangssignal. Ebenso denkbar ist, dass dem ersten optischen Ringresonator ein zweites Übertragungssignal und dem zweiten optischen Ringresonator ein zweites Übertragungssignal zur Verfügung gestellt beziehungsweise bereitgestellt wird. Die Ringresonatoren sind derart ausgebildet, dass das jeweilige beziehungsweise das optische Übertragungssignal in den jeweiligen Ringresonator eingekoppelt wird, um die beiden optischen Signale erzeugen zu können. Die beiden optischen Signale können auch als Frequenzkämme bezeichnet werden. Insbesondere weisen die beiden optischen Signale unterschiedliche beziehungsweise verschiedene Impulsfolgefrequenzen auf. Mit anderen Worten ausgedrückt kann mit den beiden optischen Ringresonatoren zwei gegeneinander verstimmte Frequenzkämme, also zwei gegeneinander verstimmte Signale, erzeugt werden. Die beiden verschiedenen optischen Signale können, insbesondere kombiniert, der Syntheseeinheit zur Verfügung gestellt beziehungsweise übertragen werden. Die Syntheseeinheit kann beispielsweise als Frequenzsyntheseeinheit, insbesondere als Gigahertz- Frequenzsyntheseeinheit bezeichnet werden. Mithilfe der Syntheseeinheit können die beiden optischen Signale verändert beziehungsweise angepasst werden. Somit kann zum einen das erste Chirp-Signal, als ein positives Chirp-Signal erzeugt werden. Somit erfolgt eine Up-chirp- Erzeugung des ersten optischen Signals. Das zweite Chirp-Signal, also ein negatives Chirp- Signal kann also mittels Down-chirp-Erzeugung des zweiten optischen Signals erzeugt werden. Somit weist das erste Chirp-Signal eine steigende Frequenzrampe und das zweite Chirp-Signal eine fallende Frequenzrampe auf. Die beiden Chirp-Signale können mithilfe des ersten und zweiten optischen Ausgangs bereitgestellt werden. Insbesondere können diese beiden Chirp- Signale für das Radarsystem und insbesondere für eine Sende-Empfangs-Einheit des Radarsystems zur Verfügung gestellt und insbesondere mittels optischer Übertragungswege übertragen werden.
Beispielsweise kann die Recheneinrichtung als elektronische Recheneinrichtung beziehungsweise elektronisches Rechensystem bezeichnet werden. Insbesondere handelt es sich bei der Recheneinrichtung um eine Zentraleinheit für ein Radarsystem beziehungsweise Radarsensorsystem. Mithilfe der Recheneinrichtung, welche beispielsweise als Backend für ein Sende-Empfangs-Einheit eines Radarsystems dient, kann eine Signalverarbeitung, Signalaufbereitung aus Umfelderfassung, Signalprozessierung, Digitalisierung von Daten, und/oder eine Datenfusion von Umfelddaten beziehungsweise Radardaten erfolgen. Insbesondere dient die Recheneinrichtung zu Steuerung beziehungsweise Ansteuerung von Sende- und/oder Empfangseinheiten beziehungsweise Radarsensoren des Radarsystems.
Mithilfe der Recheneinrichtung können insbesondere die von Radarsensoren empfangenen Signale für die Umfelderfassung ausgewertet werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass die Syntheseeinheit ein dispersives Element aufweist, wobei das dispersive Element ausgebildet ist, ein jeweiliges Frequenzspektrum der beiden optischen Signale so zu verändern, dass die beiden Chirp-Signale erzeugbar sind beziehungsweise erzeugt sind. Bei dem dispersiven Element kann es sich beispielsweise um ein Prisma oder andere zerstreuende Elemente handeln. Insbesondere kann mithilfe des dispersiven Elements ein jeweiliges Spektrum der beiden optischen Signale verändert und/oder angepasst werden. Optional erfolgt mittels des dispersiven Elements eine Dispersion, sodass ein zeitlich veränderbares Signal auf die jeweiligen Einzelpulse der optischen Signale aufgeprägt werden kann. Somit kann mithilfe des dispersiven Elements die Syntheseeinheit derart ausgebildet sein beziehungsweise werden, dass eine Synthese beziehungsweise Pulssynthese durchgeführt werden kann. Hierzu können die beiden optischen Signale und insbesondere die beiden zueinander verstimmten Frequenzkämme betreffend die beiden optischen Signale. Insbesondere können die beiden optischen Signale kombiniert und gemeinsam durch das dispersive Element beziehungsweise ein dispersives Medium gesendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass die beiden optischen Ringresonatoren als Mikroringresonatoren ausgebildet sind.
Insbesondere nutzt somit die Erfindung, dass in einem photonischen Halbleiter mittels einer optischen Schnittstelle die Strahlung der Lasereinrichtung, welche insbesondere auch als CW- Laser ausgebildet sein kann, eingekoppelt wird. Die Strahlung propagiert innerhalb einer im Halbleiter befindlichen linearen Wellenleiterstruktur. Eine weitere, ringförmige Wellenleiterstruktur ist in sehr kleinem Abstand zur linearen Wellenleiterstruktur auf dem Halbleiter angeordnet. Ist der Abstand beider Wellenleiter so gering, dass das evaneszente Feld der elektromagnetischen Strahlung von dem linearen Wellenleiter in den Ringleiter hineinragt, wird Strahlung aus dem linearen Wellenleiter in den Ringleiter eingekoppelt, welche dort propagiert. Wird die optische Pfadlänge des Rings so gewählt, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge beträgt, so interferiert das im Ringleiter propagierende Licht nach einem Umlaufzyklus konstruktiv mit dem eingekoppelten evaneszenten Feld und es kommt zu einer Verstärkung. Da die Wechselwirkungszone zwischen linearem und ringförmigem Wellenleiter im Bereich der Wellenlänge ist, ist die Wechselwirkung beider Felder nur von kurzer Dauer, sodass nur konstruktive Interferenz stattfindet. Somit wird ein optischer Ringresonator gebildet. Es wird mehr Laserstrahlung in den Ringleiter eingekoppelt, als Verluste entstehen, bis einschließlich eine Sättigung der resonatorinternen Leistung einsetzt. Ein Teil des innerhalb des Ringwellenleiters propagierenden Lichts wird nach der Vollendung eines jeden Zyklus wieder im linearen Wellenleiter ausgekoppelt und kann als Signal genutzt werden. Durch den Ringresonator wird das Licht bei geeigneter Wahl von Durchmesser und Kopplungsverhältnis der Wellenleiter amplitudenmoduliert, sodass aus einem CW-Eingangssignal ein Puls mit hoher Spitzenintensität gebildet wird. In Halbleitern reicht der Durchmesser der optischen Ringresonatoren von einigen hundert Mikrometern bis zu wenigen Mycrometern. Die Umlaufzeit des Lichts bestimmt dabei eine Repititionsrate frep des Ausgangssignals beziehungsweise des Pulszugs. Derart ausgebildete Ringresonatoren weisen hohe Gütefaktoren von Q größer 106 auf, welche zu Spitzenintensitäten innerhalb es Resonators führen, die nicht-lineare optische Prozesse treiben können, sogenannte Mehrphotonenprozesse. Diese treten während der Wechselwirkung von Licht hoher Intensität und Materie auf. Die Entwicklung der elektrischen Polarisation P ist dabei ein etabliertes Modell, um Mehrphotonenprozesse in der Licht-Materie-Wechselwirkung zu beschreiben. wobei P die elektrische Pulsation, X die Empfindlichkeit, E das elektrische Feld und E0 die elektrische Konstante beschreibt.
Während der lineare Term mit elektrischer Empfindlichkeit X(1) linear mit dem elektrischen Feld skaliert, weisen Therme höherer Ordnung X(n) mit n größer 1 eine nicht-lineare Proportionalität zur elektrischen Feldstärke auf. Diese Prozesse werden Mehrphotonenprozesse genannt. Dabei skaliert die Anzahl der benötigten Photonen mit der Ordnung n von X(n). Effekte wie Frequenzverdopplung oder Summen und Differenzfrequenzerzeugung benötigen zwei Photonen, erzeugen Photonen entsprechender Frequenz der fundamentalen Lichtfrequenz und induzieren somit eine Nicht-Linearität zweiter Ordnung im Material. Effekte dritter Ordnung, wie Frequenzverdreifachung oder ähnliches, benötigen drei Photonen zur Frequenzkonversion der Ordnung drei und dergleichen. Diese Effekte der nicht-linearen Lichtmaterie-Wechselwirkung bieten die Möglichkeit, eine einfallende Lichtquelle nicht-linear zu modulieren.
In dem optischen Ringresonator kann bei hinreichender Einkopplung in den Ring der nicht-lineare Brechungsindex somit nicht vernachlässigt werden. So treten zum Beispiel aufgrund des Kerr- Effekts, insbesondere bei einer Empfindlichkeit von X<2 Vier-Wellen-Mischprozesse während der Wechselwirkung von Licht hoher Spitzenintensität mit dem Wellenleiter auf. Durch das stetige Anwachsen der Intensität im Resonatorring tritt dabei zunächst ein degenerativer Vier-Wellen- Mischprozess ein. Darin werden zwei Photonen YP des CW-Lasers absorbiert, was insbesondere optisches Pumpen genannt wird, und ein Elektron auf ein virtuelles oder reales, energetisch höheres Niveau angehoben. Das Elektron fällt nach kurzer Zeit, insbesondere stimuliert, in den Grundzustand zurück. Dabei emittiert es die aufgenommene Energie in Form eines Signal- und eines Idler-Seitenband-Photon (Ys beziehungsweise Yi), welche nur in der Summe mit der Photonenenergie mit den zwei Photonen des CW-Lasers übereinstimmen. Damit werden neue Spektralanteile innerhalb des Ringresonators erzeugt. Signal- und Idler-Seitenband-Photon sind durch den kohärenten Entstehungsprozess in Phase, Amplitude und Frequenz korreliert. Durch die zunehmende Frequenzkonversion in von YP nach Ys beziehungsweise Yi wird der Ringresonator bistabil, sodass leichte Varianzen in Phase und Frequenz entstehen, welche wiederum neue Seitenbänder der Seitenbänder erzeugen. Es setzt ein nicht-degenerativer Vier- Wellen-Mischprozess ein und die Erzeugung neuer Frequenzen kaskadiert. Die neu erzeugten Frequenzen sind in fester Phasen- und Frequenzbeziehung zueinander, die spektralen Moden sind demnach gekoppelt. Durch diese einsetzende Modenkopplung entwickelt sich ein fundamentales Soliton, sodass ein Puls hoher spektraler Bandbreite ausgebildet wird, welcher dispersionsfrei im Ringresonator propagiert und sich mit der Resonatorfrequenz frep reproduziert. Somit wird aus einem CW-Laser-Signal ein gepulstes Signal, welches sich durch ein extrem hohes Signal-zu-Rauschverhältnis und niedrigen zeitlichen Varianzen auszeichnet.
Zur Erzeugung des Pulszustandes können weitere, komplexe Wellenleiterstrukturen verwendet werden. So kann zum Beispiel ein zweiter Wellenleiter auf der gegenüberliegenden Seite des Ringresonators zur Auskopplung des Pulszugs genutzt werden. Ferner können weitere Resonatorringe mit Koppelstellen zur weiteren Einkopplung zwischen den Ringresonatoren genutzt werden, welche es erlauben, die entsprechenden Frequenzbereiche von frep durchzustimmen. Beispielsweise können diese Ringanordnungen für Werte von R = 15 Mikrometer und R = 5 Mikrometer Pulse mit frep = 100 Megahertz erzeugen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Radarsystem mit einer Recheneinrichtung nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung daraus und zumindest einer Sende- Empfangs-Einheit, wobei die Recheneinrichtung mit der Sende-Empfangs-Einrichtung gekoppelt ist.
Mithilfe der Recheneinrichtung können die mittels der Syntheseeinheit erzeugten beziehungsweise generierten Chirp-Signale der Sende-Empfangs-Einheit, also einer kombinierten Sende-und Empfangseinheit über optische Übertragungswege übermittelt beziehungsweise übertragen werden. Diese beiden Chirp-Signale können anschließend für das Aussenden von Signalen, insbesondere Radarsignalen, verwendet werden.
Insbesondere handelt es sich bei der Sende-Empfangs-Einheit m um einen einzigen Halbleiterchip für Tx- und Rx-Kanal. Beispielsweise kann diese Einheit auf Basis eines CMOS, SiN-CMOS, Bi-CMOS oder eines Hybrid-Bi-CMOS-Prozesses hergestellt werden. Insbesondere handelt es sich bei der Recheneinrichtung und/oder der Sende-Empfangs-Einheit um einen photonisch-elektronisch-kointegrierten Chip beziehungswese Halbleiterchip. Mithilfe des erfindungsgemäßen Radarsystems kann eine Reduktion einer Datenübertragungslast in Radarsystemen, in welchen die Radarsensorvorrichtung bestimmungsgemäß eingesetzt wird, mit verteilten Antennen realisiert werden. Beispielsweise kann das Radarsystem für Kraftfahrzeuge verwendet werden. Ebenfalls kann das Radarsystem in den verschiedensten technischen Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Radarsystem in der Luftfahrttechnik, Schiffsfahrttechnik, in der Automatisierungstechnik oder in der Kommunikationstechnik angewendet werden.
Insbesondere kann ein solches Radarsystem bei beispielsweise zumindest teilweise betriebenen autonomen Kraftfahrzeugen, insbesondere jedoch auch bei vollautonom betriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. Um jedoch eine solche automatisierte Fahrt zu ermöglichen, ist eine sichere Umfeldwahrnehmung unabdinglich. Dabei wird das Umfeld beziehungsweise die Umgebung mithilfe von Sensoren wie Radar, Lidar und Kameras erfasst. Besonders wichtig ist eine ganzheitliche, 360-Grad-dreidimensionale Erfassung der Umgebung, sodass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden können. Insbesondere beim Lidar kommt der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle zugute, da dieser Sensortyp präzise in der Umfelderfassung Entfernungen messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann. Allerdings sind diese Lidarsensoren kostenintensiv und in ihrem Aufbau aufwändig. Insbesondere 360-Grad-dreidimensionale Umfelderfassung ist problematisch, da entweder viele kleinere Einzelsensoren notwendig sind, um dieses zu gewährleisten, welche in der Regel mit vielen einzelnen Lichtquellen und Detektorelementen arbeiten, oder es werden große Lidarsensoren verbaut. Weiterhin sind Lidarsensoren anfällig gegenüber Wettereinflüssen wie Regen, Nebel oder direkter Sonneneinstrahlung. Hierbei kann ein erfindungsgemäßes Radarsystem Abhilfe schaffen.
Radarsensoren beziehungsweise Radarsysteme sind ebenfalls aus dem Kraftfahrzeugbau etabliert und liefern bei allen Witterungsbedingungen zuverlässig und ausfallsicher Daten. Selbst schlechte Sichtverhältnisse wie beispielsweise Regen, Nebel, Schnee, Staub und Dunkelheit beeinflussen kaum ihre Wahrnehmungszuverlässigkeit. Allerdings ist das Auflösungsvermögen bisher beschränkt, insbesondere da sich im Einsatz befindliche Serienradare lediglich mit einem Auflösungsvermögen von etwa 7° ausgebildet sind. Um die Anforderungen für eine erhöhte Automatisierungsstufe im Kraftfahrzeugbau mit sicheren Fahrfunktionen zu erreichen, ist vorgesehen, dass das Radarsystem dreidimensionale Bilder mit einer hohen Auflösung im Bereich von 0, 1 ° und darunter mit einer großen Unempfindlichkeit gegenüber Störungen von ihrer Umgebung liefert. Dies wird mit der konventionellen Radartechnik nicht erreicht, da das Auflösungsvermögen solcher Systeme zu gering ist. Um das Auflösungsvermögen deutlich erhöhen zu können, kann das erfindungsgemäße Radarsystem verwendet werden. Durch die Kointegration von elektronischen und photonischen Komponenten auf dem Ein-Chip-System, also auf einem einzigen Halbleiterchip, kann das Auflösungsvermögen von photonischen Radarsystemen erhöht werden.
Beispielsweise kann für die Kointegration der photonischen und elektronischen Bauteile auf dem Ein-Chip-System eine Silizium-Photonik-Technologie verwendet werden. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und digitaler Elektronik gemeinsam auf einem einzigen integrierten Schaltkreis beziehungsweise Chip. Solch ein System bietet den Vorteil, dass eine Signalübertragung von GHz-Signalen mittels eines optischen Trägersignals im THz-Frequenzbereich durchgeführt werden kann.
Die Erzeugung des FMCW-Signals, sowie die gesamte Signalverarbeitung und -auswertung werden dabei durch eine Zentralstation, beispielsweise die Recheneinrichtung durchgeführt. Jedes Sende- und Empfangsmodul besteht aus einem elektronisch-photonisch kointegrierten Chip (sog. „EPIC-Chip“) für die Kointegration wird eine Siliziumphotonik-Technologie verwendet. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und Digitalelektronik gemeinsam auf einem Chip („elektronisch- photonische Kointegration“). Die technische Innovation eines solchen Systems liegt dabei in der Signalübertragung von GHz-Signalen mittels eines optischen Trägersignals im THz- Frequenzbereich. Eine Zentralstation erzeugt eine optische Trägerfrequenz (THz). Auf diese wird das zu übertragende Signal mit 1/8 der Radarfrequenz moduliert und per optische Faser an die Antennenchips gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzverachtfachung statt, so dass die Radarstrahlung von den Antennenchips emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation prozessiert.
Das Prinzip der elektronisch-photonischen Kointegration in einem Chip, mit Silicon-on-lnsulator Regionen für die photonischen Komponenten und bulk-Silizium-Regionen für die elektronischen Schaltkreise ist eine weltweit einzigartige Technologie. Insbesondere bei hohen Datenraten kann damit eine hohe Signalqualität mit geringen parasitären Störeinflüssen realisiert werden. Die Anbindung der HF-Schaltkreise für die Radar-Antennen inklusive Frequenzvervielfacher an den optischen Transceiver lässt sich ohne zusätzliches Draht- oder Flipchip-Bonding umsetzen. Zudem können Chips optisch und elektrisch bereits auf Waferebene getestet werden, wodurch ein hoher Yield im weiteren Modulaufbau erreichbar ist. Mit dieser Technologie sind äußerst kompakte Formfaktoren realisierbar und damit verbunden eine hohe Relevanz für die Anwendung optischer Technologien auf Basis der Siliziumphotonik in der Automobilbranche. Die Hürde für den produktiven Einsatz optischer Fasern liegt in der fehlenden Skalierbarkeit bislang erhältlicher Technologien. Diese Skalierbarkeit hin zu großen Volumina wird durch die Technologie zur hochintegrierten Fertigung elektronisch photonisch integrierter Schaltkreise ermöglicht. Das Ergebnis ist eine deutliche Kostenreduktion in der Aufbautechnik und eine effizientere Kostenstruktur. Aus der Entwicklung von Datencenterlösungen existieren umfassende Bibliotheken für elektronische und photonische Komponenten zur Datenübertragung bei hohen Bandbreiten auf welche im Vorhaben zurückgegriffen wird.
Allerdings benötigt die oben beschriebene Ausführung umfangreiche Aufwände in der Implementierung von GHz-Elektronik auf Chipebene. Insbesondere die auf dem Chip stattfindende Frequenzvervierfachung nach Detektion durch eine Photodiode ist technisch herausfordernd und stellt hohe Aufwände hinsichtlich der GHz-Signalerzeugung mit hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis und möglichst geringem Jitter dar. So muss das GHz-Signal in weiteren Schritten aufwändig stabilisiert werden. Darüber hinaus ist GHz-Elektronik kostenintensiv. Weiterhin werden hohe Leistungsanforderungen an den optischen Träger (Laser) gesetzt, da viel optische Leistung benötigt wird, um ein hochpräzises GHz-Signal zu erzeugen, was Ringleitung mit einer einzigen Faser für ein Radararray mit vielen verteilten RADAR- Halbleiterchips schwer realisierbar macht. Vor allem jedoch werden zwei unterschiedliche photonisch-elektronische Halbleiterchips für Sende- und Empfangskanal benötigt (Tx und Rx), was zu weiteren Kostenaufwänden führt.
Die zentral elektronische kann jeweils über zumindest eine Glasfaser mit einem optischen Eingang und einem optischen Ausgang der Sende-Empfangs-Einheit gekoppelt sein.
Solch ein Radarsystem kann insbesondere in Kraftfahrzeugen oder in automatisierten Systemen oder in der Luftfahrtechnik oder in der Raumfahrtechnik eingesetzt werden. Weitere Möglichkeiten der Ausführungen gemäß dem erfindungsgemäßen Radarsystem und/oder der erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung könnten zur polarisationssensitiven Detektion durch Ausformung der Antennengeometrie verwendet werden.
Ebenso könnte eine Anwendung in der Datenübertragung in 5G-Frequenzband oder darüber hinaus sein. Ebenfalls könnte mit solch einer Verwendung eines optischen Ringresonators als Empfangsantenne Datenübertragungen für Car-2-X-Anwendungen, wie beispielsweise Software- Updates, Karten-Updates, Infrastruktursignale verwendet werde. Ebenso könnte die Radarsensorvorrichtung als passives Detektorelement zur Umfeldwahrnehmung verwendet werden. Ebenso denkbar ist, dass diese zur Detektion von emittierter Strahlung zur Kommunikation, wie Funk, Telekommunikation, Satellitenkommunikation oder vergleichbaren Kamerasystemen verwendet wird.
Das Radarsystem ist insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen von Vorteil, da am Kraftfahrzeug umlaufend verteilte Sensorsysteme benötigt werden, um eine effiziente Umfeldwahrnehmung vornehmen zu können. Somit können mehrere Radarsensorvorrichtungen verteilt am Fahrzeug angeordnet sein, und diese können über die zentrale elektronische Recheneinrichtung kommunikativ vernetzt sein. Somit benötigt das Radarsystem eine, insbesondere einzige, zentrale elektronische Recheneinrichtung, insbesondere eine Zentralstation. Mit Hilfe der zentralen elektronischen Recheneinrichtung können die verschiedensten Sende-Empfangs-Einheiten mittels des optischen Übertragungssignals versorgt, und die zentrale elektronische Recheneinrichtung kann in den jeweiligen optischen Ausgängen der Sende-Empfangs-Einheiten die optischen Ausgangssignale oder andere Signal empfangen.
Insbesondere handelt es sich bei der zentralen elektronischen Recheneinrichtung um eine zur Sende-Empfangs-Einheit verschiedene körperlich getrennte Einheit. Insbesondere ist die zentrale elektronische Recheneinrichtung nicht Bestandteil der Sende-Empfangs-Einheit. Die zentrale elektronische Recheneinrichtung kann im Vergleich zu der Sende-Empfangs-Einheit ein dazu verschiedener Halbleiter-Chip beziehungsweise integrierter Schaltkreis sein.
Beispielsweise kann mit Hilfe der zentralen elektronischen Recheneinrichtung eine Verfolgung eines FMCW-Signals (engl. „frequency modulated continuous wave signal“) sowie die gesamte Signalverarbeitung und Signalauswertung durchgeführt werden. Mit Hilfe der Sende-Empfangs- Einheit können wiederum die Sende- und Empfangsoperationen durchgeführt werden.
Insbesondere kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung eine optische Trägerfrequenz, insbesondere das optische Übertragungssignal, in Terahertz-Frequenzbereich erzeugen. Auf diese wird das zu übertragende Signal, insbesondere das optische Übertragungssignal, mit einem Achtel der Radarfrequenz des Radarsystems moduliert und die optische Phase oder Amplitudenmodulation oder Frequenzmodulation an die Sende-Empfangs-Einheit gesendet beziehungsweise übertragen. Auf diesem Weg findet eine Frequenz-Verachtfachung statt, so dass die Radarstrahlung, insbesondere das Radar-Aussendesignal, ausgesendet werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation, insbesondere der zentralen elektronischen Recheneinrichtung, prozessiert. Die zentrale elektronische Recheneinrichtung ist über eine oder mehrere Glasfasern mit dem optischen Eingang und dem optischen Ausgang der Sende-Empfangs-Einheit gekoppelt. Folglich wird das optische Übertragungssignal, welches durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung erzeugt wurde, in die Glasfaser eingekoppelt und über optische Signalübertragung an den optischen Eingang der Sende-Empfangs-Einheit übertragen. Somit erfolgt die Übertragung des Trägersignals beziehungsweise Radartreibersignals über optische Übertragungswege. Insbesondere kann es sich bei der Glasfaser um eine Glasfaserleitung handeln. Ebenfalls ist die zentrale elektronische Recheneinrichtung über eine Glasfaser mit dem optischen Ausgang gekoppelt. Infolgedessen kann die Sende-Empfangs-Einheit das optische Empfangssignal in die Glasfaser einkoppeln und in die zentrale elektronische Recheneinrichtung zum Auswerten der empfangenen Radarstrahlung übertragen.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass die Sene-Empfangs- Einheit eine erste Detektionseinheit zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals auf Basis des ersten Chirp-Signals und eine zwei Detektionseinheit zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals auf Basis des zweiten Chirp-Signals aufweist.
Mithilfe der beiden Detektionseinheiten kann insbesondere eine Heterodyndetektion vorgenommen werden. Somit können die beiden Detektoreinheiten als Heterodyndetektoreinheiten bezeichnet werden. Insbesondere können die beiden Detektionseinheiten zu einer übergeordneten Heterodyn-Detektionseinheit gehören.
Mithilfe der Detektionseinheiten können zum einen die Chirp-Signale beziehungsweise deren Frequenzkämme beziehungsweise Frequenzkammmodi gemessen beziehungsweise selektiert werden. Des Weiteren kann eine Wandlung von einem optischen zu einem elektrischen beziehungsweis elektronischen Signal vorgenommen werden. Die beiden elektrischen Signale können anschließend für das Aussenden verwendet werden. Beispielsweise kann das erste elektrische Signal eine steigende Frequenzrampe beziehungsweise Rampe aufweisen. Das zweite elektrische Signal kann eine fallende Frequenz beziehungsweise Frequenzrampe aufweisen.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Sende-Empfangs-Einheit ausgebildet ist, abhängig von dem ersten und zweiten elektrischen Signal ein elektrisches Aussendesignal beziehungsweise Radarsignal zu erzeugen, wobei das Aussendesignal eine Frequenz aufweist, welche aus einer Differenz einer Frequenz des ersten Signals und einer Frequenz des zweiten Signals gebildet ist. Insbesondere kann mithilfe der Heterodyn-Detektion die Differenz beziehungsweise die Differenzfrequenz der beiden Chirp-Signale beziehungsweise deren Frequenzkämme bestimmt werden. Die Differenzfrequenz kann insbesondere im Gigahertz- Frequenzbereich liegen. Somit ist für das Aussenden ein Gigahertzfrequenz-Signal vorhanden.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass die Sende-Empfangs- Einheit eine Antenne aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das elektrische Aussendesignal auszusenden und ein elektrisches Empfangssignal, welches auf dem elektrischen Aussendesignal basiert, zu empfangen. Folglich kann die Sende-Empfangs-Einheit beziehungsweise Sende- und Empfangseinheit eine Antenne beziehungsweise ein Antennenelement aufweisen. Diese Antenne dient sowohl für das Aussenden von Signalen als auch für das Empfangen von Signalen, insbesondere Radarsignalen. Darin kann vor allem die Sende-Empfangs-Einheit kompakter ausgebildet werden, was vor allem für den Einsatz im Automobilbereich vorteilhaft ist, da die Sende-Empfangs-Einheit platzsparen, flexibel und vielseitig am und/oder im Fahrzeug angebracht und somit eingesetzt werden kann.
Mithilfe der Chirp-Signale und der anschließenden Umwandlung beziehungsweise Detektion dieser Signale kann ein Aussendesignal im Gigahertzfrequenzbereich ausgesendet werden, welches sehr stabil und rauscharm ist. Somit kann eine verbesserte, insbesondere dreidimensionale Bildebene, Umfelderfassung beziehungsweise Radarerfassung erfolgen.
Bei dem Aussendesignal kann es sich um ein elektronisches Gigahertz-Signal handeln. Das Aussendesignal kann in eine Umgebung des Radarsystems ausgesendet werden. Wenn nun das Aussendesignal beispielsweise an einem Objekt in der Umgebung reflektiert wird und als quasi Radarsignal zurückggestrahlt beziehungsweise reflektiert wird, kann dies als elektrisches beziehungsweise elektronisches Empfangssignal von der Antenne empfangen werden.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekt ist vorgesehen, dass die Sende-Empfangs- Einheit eine Steuerungseinheit aufweist, mit welcher die Sende-Empfangs-Einheit abhängig von einem elektrischen Steuersignal, welches über eine elektrische Übertragungsstrecke von der Recheneinrichtung an die Sende-Empfangs-Einheit übertragen wird, steuerbar ist. Des Weiteren ist die Steuerungseinheit ausgebildet, die Sende-Empfangs-Einheit zwischen einem Sendemodus zum Aussenden des elektrischen Aussendesignals und einen Empfangsmodus zum Empfangen des elektrischen Empfangssignals umzuschalten. Über die elektronische beziehungsweise elektrische Übertragungsstrecke, mit welcher die Recheneinrichtung mit der Sende-Empfangs-Einheit elektrisch verbunden ist, kann insbesondere die Antenne und die entsprechenden elektrischen beziehungsweise elektronischen Komponenten der Sende- Empfangs-Einheit gesteuert beziehungsweise angesteuert werden. Folglich kann eine platzsparende Sende-Empfangs-Einheit konzipiert werden, da die eigentliche Rechenleistung beziehungsweise Fahrleitungsschritte in der Recheneinrichtung erfolgt. Mithilfe des Steuersignals beziehungsweise Steuerungssignals kann die Antenne und insbesondere alle für das Umschalten notwendigen Komponenten der Modi, gesteuert werden. Die Antenne kann zwischen einem Senden und einem Empfangen umgeschaltet werden. Des Weiteren werden die dazu notwendigen Komponenten und/oder Einheit ebenfalls gesteuert, sodass entweder mit Hilfe des Aussendesignals die Antenne ein Aussenden vornehmen kann oder das empfangene Empfangssignale entsprechend verarbeitetet und beispielsweise der Recheneinrichtung wiederum zur Verfügung gestellt werden kann für eine Umfelderfassung beziehungsweise Radarauswertung.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Sende-Empfangs-Einheit eine elektrisch-optische Wandeinheit aufweist, wobei die elektrisch-optische Wandeinheit ausgebildet ist, das empfange elektrische Empfangssignal in ein optisches Empfangssignal umzuwandeln.
Mit Hilfe der elektrisch-optischen Wandeleinheit bzw. elektrisch-optischen Wandeleinrichtung kann das Empfangen eines elektrischen Empfangssignals umgewandelt werden. Dies kann bspw. im Empfangsmodus der Sende-Empfangs-Einheit erfolgen. Durch diese Umwandlung kann wiederum über optische Übertragungswege bzw. eine optische Übertragungsstrecke das empfangene Signa, wie z.B. ein Empfangen des Radarsignal, auf optische Art der Recheneinrichtung bereitgestellt bzw. übermittelt werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist es im Weiteren vorgesehen, dass das Radarsystem einen optischen Rückenkanal zum Übertragen des optischen Empfangssignals von der Sende- Empfangs-Einheit an die Recheneinrichtung aufweist, wobei die Recheneinrichtung eine elektrisch-optische Wandeleinheit zum Umwandeln des optischen Empfangssignals in ein elektrisches Signal aufweist, und wobei mit einer Auswerteinheit der Recheneinrichtung das elektrische Signal hinsichtlich einer Radarinformation bzw. Umweltinformation auswertbar ist bzw. ausgewertet werden kann. Somit kann zunächst mittels optischer Übertragungswege das empfangene Signal der Antenne an die Recheneinrichtung optisch übertragen werden und anschließend in der Recheneinrichtung wiederum in ein elektrisches bzw. elektronisches Signal zurückgeführt bzw. umgewandelt werden. Hierbei kann es weiterhin das elektrische Signal entsprechend aufbereitet, komprimiert und/oder digitalisiert werden, um anschließend mit Hilfe der Auswerteinheit, insbesondere einer elektronischen Auswerteinheit, die zumindest eine Radarinformation, insbesondere einer Umfeldinformation auswerten zu können.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass das Radarsystem bzw. die Sende-Empfangs-Einheit und die Recheneinrichtung körperlich und räumlich getrennte Einheiten sind. Folglich besteht das Radarsystem aus einer Recheneinrichtung, welche als eigenständige Einheit, wie z.B. als Ein-Chip-System, EPIC-Chip oder als integrierter Schaltkreis ausgebildet ist und aus zumindest einer Sende-Empfangs-Einheit, welche unterschiedlich bzw. getrennt zu der Recheneinrichtung ist. Dieser Fall hat den Vorteil, dass das Radarsystem mit Hilfe einer einzigen Zentraleinheit, wie die Recheneinrichtung, mehrere Sende-Empfangs-Einheiten bzw. Radarsensoren betreiben kann. Dies sei möglichst eine flexible und universell einsetzbare Möglichkeit für das Radarsystem.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Radarsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte und vorteilhaften Weiterbildung. Insbesondere kann das vorhin geschilderte Radarsystem vorteilhaft im Fahrzeug eingesetzt werden. Hierbei kann bspw. die Recheneinrichtung zentral im Fahrzeug integriert sein und mehrere verteilte Sende-Empfangs- Einheiten können im und/oder am Fahrzeug zur Umfelderfassung verteilt angeordnet werden.
Insbesondere können die Sende-Empfangs-Einheiten als miniaturisierte, photonisch-co-integriert Radar-Chips in einem kohärent verteilten, ausgedünnten Array großflächig im oder am Fahrzeug integriert werden. Diese wiederum können jeweils mit der Recheneinrichtung zur Steuerung und Signalverarbeitung bzw. Signalauswertung verbunden bzw. gekoppelt sein.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Radarsystems kann ein ultrastabiles, extrem rauscharmes bildgebendes 3D-Radarsensorsytem geschaffen werden, welches auch elektronisch-photonisch- co-integrierter Chipebene als günstige, redundante Informationsquelle für sichere Datenfusion verwendet werden kann. Dies ist vor allem im Automobilbereich und in hochautomatisierten bzw. autonomen Fahrzeugen vorteilhaft.
Des Weiteren bietet das Radarsystem den Vorteil, dass ein Umfeld sicher erfasst werden kann, indem ein hohes Signal-zu-Rausch Verhältnis und eine stabile Signalerzeugung im Sensor durchgeführt werden kann. Dies ist besonders bei großen Apparaturen mit ausgedünnter (engl. „Sparse“) Antennenanordnungen vorteilhaft, um Ziele, insbesondere in der Umgebung eines Fahrzeugs, sicher detektieren bzw. erfassen zu können. In Fahrzeugsystemen ist die Winkelauflösung durch die Ausdehnung seiner Antennen limitiert (mit Apparaturen werden in der Radartechnik die Fläche auf der der die Antennen verteilt sind, bezeichnet). Radarsysteme sind bspw. Module mit einer Größe von rund 10 auf 10 cm2 beschränkt durch die Integrierbarkeit von Fahrzeugen. Die Winkelauflösung ist entsprechend auf bspw. ca. 2 Grad limitiert. Das Auflösevermögen verbessert sich dabei proportional zur Größe der Apparatur. Sollen zwei Objekte im Winkel (Azimut und Elevation) aufgelöst werden, wird eine in zwei Richtungen ausgedehnte Apparatur benötigt. Dies kann durch das vorgeschlagene Radarsystem und insbesondere durch den Einsatz des Radarsystems im Fahrzeug erreicht werden.
Des Weiteren ist bei einem Antennenelement der Abstand der Elemente bzw. einzelnen Antennen von Bedeutung. Dies bestimmt den eindeutig messbaren Winkelbereich. Größere Antennenabstände führen zu Mehrdeutigkeiten in der Winkelmessung. Radarsysteme im Automobilbereich bedienen sich daher sogenannter virtueller Antennenelemente. Ein solches virtuelles Antennenelement besteht aus der Kombination einer Sendeantenne mit einem Empfangskanal, und zwar genau auf der Mitte des Verbindungsvektors. Mit n-Sendeantennen und m-Empfangsantennen lässt sich so ein virtuelles Error aus m x n Element erzeugen. Dieses Prinzip ist als „multiple-input-multiple-output“ (MIMO) bekannt. Dieses Probleme bzw. Herausforderungen können durch das vorgeschlagene Radarsystem gelöst werden, da diese Sende-Empfangs-Einheiten bzw. Radarchips mit jeweils einer Antenne auskommen und verteilt am Fahrzeug angeordnet werden können, da diese einzelnen per optische Verbindungen mit der Recheneinrichtung gekoppelt sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems nach einem der vorherigen Aspekte oder einer vorteilhaften Ausführung davon, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:
- Modulieren des ersten optisches Signal durch Einkoppeln des optischen Übertragungssignal in den ersten optischen Ringresonator;
- Modulieren des zweiten optischen Signal durch Einkoppeln des optischen Übertragungssignal in den erstzweiten optischen Ringresonator, wobei die beiden optischen Signale so moduliert werden, dass sie unterschiedliche Impulsfolgefrequenzen (freql , freq2) aufweisen;
- Erzeugen des ersten Chirp-Signal, welches eine zeitlich zunehmende Frequenz aufweist, auf Basis des ersten optischen Signals und des zweiten Chirp-Signal, welches eine zeitlich abnehmende Frequenz aufweist, auf Basis des zweiten optischen Signals;
- Übertragen der beiden Chirp-Signale an die Sende-Empfangseinheit;
- Erzeugen des elektrischen Aussendesignals auf Basis der beiden Chirp-Signale; und
- Aussenden des elektrischen Aussendesignals mit der Antenne. Mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens können photonische Mikroresonatoren zur Up-Down- Chirperzeugung in photonisch-elektronischen cointegrierten Radarsystemen erreicht beziehungsweise eingesetzt werden. Insbesondere kann es im vorgeschlagenen Verfahren ein entsprechendes Radarsystem und/oder Recheneinrichtung nach den vorherigen Aspekten und in vorteilhafter Weiterbildung daraus ausgebildet werden.
Insbesondere weisen die Recheneinrichtung und/oder das Radarsystem Mittel auf, um das soeben geschilderte Verfahren ausführen, durchführen zu können.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass auf dem elektrischen Aussendesignal basierende elektrische Empfangssignal mit der Antenne empfangen und in das optische Empfangssignal umgewandelt wird, wobei auf Basis des elektrisch-optischen Empfangssignal umgewandelt wird, wobei auf Basis des optischen Empfangssignals die Radarinformation ausgewertet wird, sodass mit dem Radarsystem eine Umwelterfassung durchgeführt werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass die beiden Chirp- Signale mittels einer Heterodyndetektion in die beiden elektrischen Signale umgewandelt werden, und auf Basis der beiden elektrischen Signale das elektrische Aussendesignal erzeugt wird.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele eines Aspekts der Erfindung sind als vorteilhaften Ausführungsbeispiele aller anderen Aspekte und umgekehrt anzusehen.
Speziell weist die Recheneinrichtung, das Radarsystem und/oder das Fahrzeug Mittel auf, um das erfindungsgemäßen Verfahren ausführen zu können.
Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Radarsystems, des erfindungsgemäße Fahrzeugs, sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Recheneinrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Radarsystems, des erfindungsgemäße Fahrzeugs, sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Radarsystem;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Radarsystems 2 aus der Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Syntheseeinheit 19 und einer Sende-Empfangs- Einheit des Radarsystems 2 aus Fig. 2;
Fig. 4 eine beispielhafte Darstellung eines Diagramms mit zwei bestimmten Frequenzkämmen;
Fig. 5 eine beispielhafte Darstellung eines Frequenzspektrums betreffend eines ersten Chirp- Signals;
Fig. 6 beispielhafte Darstellung einer Frequenz eines Frequenzspektrums eines zweiten beziehungsweise negativem, Chirp-Signals;
Fig. 7 ein beispielhaftes Diagramm eines elektrischen Signals mit einer steigenden Frequenzrampe;
Fig. 8 eine beispielhafte Darstellung eines Signals mit einer gefallenen Frequenzrampe; und
Fig. 9 eine schematische Darstellung des Aussendesignals, welches aus einer Up-Down- Chirpmethode resultiert.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 1 , bei welchem es sich um ein Kraftfahrzeug handeln kann. Das Fahrzeug 1 beinhaltet bspw. ein Radarsystem 2.
Bei dem Radarsystem 2 kann es sich bspw. um ein Sensorsystem oder um ein Umfeldsensorsystem oder um ein Radar-Sensorsystem des Fahrzeugs 1 handeln. Hierzu kann das Radarsystem 2 bspw. mit einem oder mehreren Fahrerassistenzsystem oder anderweitigen Fahrzeugsysteme kommunikativ vernetzt sein. Beispielsweise kann das Radarsystem bzw. zumindest einen Radarsensor oder um einen anderweitigen Sensortyp aufweisen. Neben dem Einsatz des Radarsystems 2 in dem Fahrzeug 1 kann dieses ebenfalls in fahrzeugexternen Systemen eingesetzt bzw. Anwendung finden bzw. werden.
Mit Hilfe des Radarsystems 2 kann insbesondere eine Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 erfasst werden, sodass eine Umfelderfassung durchgeführt werden kann.
Beispielsweise kann das Radarsystem 2 ebenfalls in automatisierten Systemen, in der Schiffsfahrtbranche, in der Luftfahrttechnik oder in der Kommunikationstechnik angewendet werden.
Hier ist zur Veranschaulichung das Beispiel gezeigt, mit welchem das Radarsystem 2 im Automobilsektor, als im Fahrzeug 1 , eingesetzt ist bzw. verwendet wird.
Die Fig. 2 zeigt eine beispielshafte Ansicht des Radarsystems 2. Das Radarsystem kann eine, insbesondere zentrale elektronische, Recheneinrichtung 4 aufweisen. Des Weiteren kann das Radarsystem 2 mehrere Sende-Empfangs-Einheiten 5 aufweisen, welche bspw. verteilt am Fahrzeug 1 angeordnet werden können, insbesondere zur Umwelterfassung. Bei den Sende- Empfangs-Einheiten 5 kann es sich bspw. um Radarchips bzw. Radarsensoreinheiten handeln. Die Sende-Empfangs-Einheiten 5 sind sowohl für das Senden als auch für das Aussenden bzw. für das Empfangen von Signalen anwendbar. Somit handelt es sich bei den Sende-Empfangs- Einheiten um kombinierte Einheiten, zum Aussenden und zum Empfangen von Signalen. Insbesondere kann eine solche Sende-Empfangs-Einheit 5 als Sende- und Empfangsmodul bezeichnet werden. Dieses kann aus einem elektronisch-photonisch-co-integrierten Chip (s.g. „EPIC-chip“) bezeichnet bzw. ausgebildet sein. Die Recheneinrichtung, welche als Zentraleinheit bezeichnet werden kann, kann ebenfalls aus einem eletkronisch-photonisch-co-integrierten Chip ausgebildet sein. Insbesondere ist die Recheneinrichtung 4 eine körperlich und/oder räumlich getrennte Einheit zu den Sende-Empfangs-Einheiten 5.
Beispielsweise kann die Recheneinrichtung 4 eine optische Einheit 65 bzw. eine Lasereinrichtung bzw. einen Laser aufweisen. Insbesondere kann die optische Einheit 65 als optische Quelle oder als CW-Laser ausgebildet sein. Mit Hilfe der optischen Einheit kann ein optisches Übertragungssignal 7 bzw. ein Trägersignal erzeugt und somit bereitgestellt werden. Das optische Übertragungssignal 7 kann insbesondere als optisches Trägersignal in Terahertz- Frequenzbereich ausgebildet sein. Die Recheneinrichtung 4 kann bspw. die optische Trägerfrequenz erzeugen. Auf diese optische Trägerfrequenz kann das zu übertragene Signal mit einem Achtel einer Radarfrequenz moduliert und bspw. an die Sende-Empfangs-Einheiten 5 übertragen werden. Auf diese Weise kann eine Frequenzvervielfachung stattfinden. Wiederum können mit Hilfe der Sende-Empfangs-Einheiten 5 Signale in Gigahertz-Frequenzbereich empfangen werden.
Beispielsweise kann die Recheneinrichtung 4 mit einer jeweiligen Sende-Empfangs-Einheit 5 per Glasfaser 8, als einer optischen Übertragungsstrecke, verbunden sein. Über die Glasfaser 8 können Signale, insbesondere optische Signale von der Recheneinrichtung 4 an die einzelnen Sende-Empfangs-Einheiten 5 übertragen werden. Um wiederum empfangene Signale der Sende- Empfangs-Einheiten 5 zur Auswertung bzw. Signalverarbeitung an die Recheneinrichtung 4 wieder zurück senden zu können, kann eine jeweilige Sende-Empfangs-Einheit 5 über einen optischen Rückkanal 9 mit der Recheneinrichtung 4 optisch gekoppelt sein.
Mit zumindest einer der Sende-Empfangs-Einheit 5 kann zum einen elektrisches Aussendesignal, insbesondere in die Umgebung 3 ausgesendet werden. Ebenfalls kann wiederum ein zu dem elektrischen Aussendesignal 10 korrespondierenden elektrisches Empfangssignal 11 mit der Sende-Empfangs-Einheit 5 empfangen werden. Beispielsweise kann das Aussendesignal 10 von einem Objekt in der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 reflektiert und somit als elektrisches Empfangssignal 11 empfangen werden. Das Empfangssignal 11 , welches bspw. als Radarsignal bezeichnet werden kann, kann zur Auswertung bzw. Signalverarbeitung an die Recheneinrichtung 4 übermittelt bzw. übertragen werden. Hierzu kann mittels der Sende- Empfangs-Einheit 5 das elektrische Empfangssignal 11 in ein optisches Empfangssignal 12 umgewandelt werden. Beispielsweise kann dies über den Rückkanal 9 der Recheneinrichtung 4 übertragen werden. Mittels einer optisch-elektrischen Wandlereinheit 13 bzw. Detektoreinheit der Recheneinrichtung 4 kann das optische Empfangssignal 12 wiederum in ein elektrisches Signal 14 umgewandelt werden. Die Einheit 13 kann bspw. als zur optischen Detektion verwendet werden. Hierzu kann bspw. per Homodyndetektion oder Heterodyndetektion die Umwandlung erfolgen. Des Weiteren kann die Einheit 13 eine Phasenmessung und/oder eine Phasenlängenmessung vornehmen.
Im Anschluss kann wiederum eine Digitalisierung mittels einer digitalen Schnittstelle 15 erfolgen. Hierbei kann vor allem eine Analog-Digital-Umwandlung erfolgen. Hierzu kann die digitale Schnittstelle 15 einen Analog-Digital-Wandler aufweisen. Im Anschluss kann eine Verarbeitungseinheit 16 angeordnet sein. Mit dieser kann bspw. eine Signalprozessierung, insbesondere bei einem „low-level-signal“ angewendet werden. Beispielsweise kann hierzu eine Fast-Fourier-Transformation (,,“FFT) verwendet werden. Im Anschluss kann das digitalisierten aufbereiteten elektrische Signal 14 einer Auswerteeinheit 17 der Recheneinrichtung 4 zur Verfügung gestellt werden. Hierbei kann insbesondere eine in dem elektrischen Signal 14 enthaltenen Radarinformation bzw. Umweltinformation ausgewertet bzw. verarbeitet werden. Des Weiteren kann ein elektrischer Rückkanal 18 vorgesehen sein, welche von zumindest einer der Sende-Empfangs-Einheiten 5 eine Rückkopplung zu der Recheneinrichtung 4 und insbesondere zu der digitalen Schnittstelle 15 bereitstellt.
Um eine möglichst stabile und rauscharme Umwelterfassung bzw. Detektion des Radarsystems 2 vornehmen zu können, kann das optische Übertragungssignal 7 mittels einer Frequenzsynthese bzw. Gigahertz-Frequenzsynthese angepasst werden. Hierzu kann die Recheneinrichtung 4 eine Syntheseeinheit 19 aufweisen. Hierzu kann das optische Übertragungssignal 7 der Syntheseeinheit 19 zugeführt bzw. übertragen werden. Beispielsweise kann bevor das optische Übertragungssignal 7 der Syntheseeinheit 19 zur Verfügung gestellt wird eine Modulation vorgenommen werden. Hierzu kann bspw. ein Modulator bzw. Modulationseinheit 20 vorgesehen sein. Dieser kann bspw. Als Arbiträrgenerator bzw. Arbiträr— Funktionsgenerator (AWG) ausgebildet sein. Nach der Syntheseeinheit 19 kann bspw. eine optische Kontrolleinheit 21 sowie ein optischer Switch bzw. Verteiler 22 in der Recheneinrichtung 4 vorgesehen sein, um über die Glasfaser 8 entsprechend aufbereitete Signale der Syntheseeinheit 19 den Sende-Empfangs-Einheiten 5 zur Verfügung stellen zu können. Des Weiteren kann eine Kontrolleinheit 23 von der Auswerteeinheit 17 gesteuert werden, um insbesondere die Erzeugung des optischen Übertragungssignal überwachen bzw. kontrollieren zu können. Des Weiteren kann eine Kontrolleinheit bzw. eine Rückführschleife 24 (feedback loop) vorgesehen sein.
Des Weiteren ist die Recheneinrichtung 4 mittels einer elektrischen Übertragungsstrecke 25 mit den Sende-Empfangs-Einheiten 5 elektrisch verbunden. Über diese elektrische Übertragungsstrecke 25 kann ein elektrisches Steuersignal 26 zum Steuern bzw. zum Ansteuern der Sende-Empfangs-Einheiten 5 übertragen werden.
Insbesondere dient die Recheneinrichtung 4 dazu, um ein optisches Trägersignal, das optische Übertragungssignal 7 zu Erzeugen und dieses in eine Gigahertz-Frequenzsyntheseeinheit, bspw. die Syntheseeinheit 19, einzuspeisen. Das synthetisierte Gigahertzsignal kann im optischen Spektral bereich per Faser, also die Glasfaser 8, an die Sende-Empfangs-Einheiten 5 übertragen werden, sodass bspw. ein 77 Gigahertzsignal von Sende-Empfangs-Einheiten 5 emittiert bzw. ausgesendet werden kann. Die Signaldetektion wiederum kann auf umgekehrten Weg erfolgen. Alle Daten können in der Recheneinrichtung 4 prozessiert bzw. verarbeitet werden.
In der Fig. 3 ist eine detaillierte Darstellung der Synthese 19 und einer beispielhaften Darstellung einer Sende-Empfangs-Einheit 6 der mehreren Sende-Empfangs-Einheiten 5. Das optische Übertragungssignal 7 kann einem ersten optischen Ringresonator 27 und einen zweiten Ringresonator 28 zur Verfügung gestellt werden. Somit kann in diesem Beispiel ein und dasselbe optische Übertragungssignal 7 zwei verschiedenen Ringresonatoren 27, 28 bereitgestellt werden. Bei den Ringresonatoren 27, 28 kann es sich bspw. um Mikroringresonatoren handeln. Diese können eine ovale, insbesondere ringförmige Gestalt aufweisen. Mit Hilfe des ersten Ringresonators 27 kann in Abhängigkeit von den in den optischen Ringresonatoren 27 eingekoppelten optischen Übertragungssignal 7 ein erstes optisches Signal 29 erzeugt bzw. moduliert werden.
Mit Hilfe des zweiten Ringresonators 28 kann durch das in den zweiten optischen Ringresonator eingekoppelte Übertragungssignal 7 ein zweites optisches Signal 30 moduliert beziehungsweise erzeugt werden. Die beiden optischen Signale weisen unterschiedliche Impulsfolgefrequenzen F req1 Und F req2 auf.
Mit einem optischen Kopplungselement 31 beziehungsweise einem linearen Wellenleiter kann das Übertragungssignal 7 übertragen werden zur Einkopplung in den Ringresonator 27. Das optische Übertragungssignal kann an einem Eingang 32 zur Verfügung gestellt werden um es von dort an den an das Kopplungselement 31 bereitstellen zu können. Das Kopplungselement 31 kann, insbesondere unmittelbar benachbart, zu einer Seite des optischen Ringresonators 27 angeordnet werden. Dabei ist insbesondere das Kopplungselement 31 und der Ringresonator 27 zueinander in einem vorgegebenen Kopplungsabstand angeordnet. Somit weist das Kopplungselement 31 und der Ringresonator 27 eine Lücke beziehungsweise eine Distanz zueinander auf. Insbesondere berühren sich das Kopplungselement 31 und der Ringresonator 27 nicht. In Abhängigkeit von dem Kopplungsabstand kann ein Kopplungsverhältnis zwischen dem Kopplungselement 31 und dem Ringresonator 27 vorgegeben beziehungsweise definiert beziehungsweise eingestellt werden. Beispielsweise kann das Übertragungssignal 7 innerhalb des Kopplungselements 31 propagieren. In einer Wechselwirkungszone, in welcher insbesondere der Abstand vorliegt, entsteht durch das optische Übertragungssignal 7 ein Evaneszenz-Feld, wodurch das Übertragungssignal 7 in den optischen Ringresonator 27 eingekoppelt wird. Beispielsweise kann nach einem Zyklus innerhalb des Ringresonators 27 interferieren neue eingekoppelte Felder und bereits im Ringresonator 27 befindliche Felder konstruktiv. Eine Amplitudenmodulation kann somit erzeugt werden. Durch steigende Intensität im Ringresonator 27 baut sich ein fundamentales Soliton auf, welches in Form eines Pulszugs 33 oder dem optischen Signal 29 ausgekoppelt werden kann. Dabei kann der Pulszug 33 in dem Ringresonator 27 abhängig von dem eingekoppelten optischen Übertragungssignals 7 mittels eines 4-Wellen- Mitprozesses erzeugt werden. Mittels eines weiteren optischen Kopplungselements 34 kann vor allem das erste optische Signal 29 ausgekoppelt werden von dem Ringresonator 27.
In analoger Weise verhält es sich zu dem zweiten Ringresonator 28. Hier kann wiederum das Übertragungssignal 7 mittels eines Kopplungselements 35 in den Ringresonator 28 eingekoppelt werden und nach entsprechender Modulation kann das zweite optische Signal 30 mittels eines weiteren Kopplungselements 36 ausgekoppelt werden. Hierbei kann wiederum ein Pulszug 37 erzeugt beziehungsweise moduliert werden. Die beiden optischen Signal 29, 30 unterscheiden sich wie bereits erwähnt in ihrer jeweiligen Pulsfolgenfrequenz beziehungsweise Pulswiederholrate. Die jeweilige Pulsfolgefrequenz kann in Abhängigkeit von einem jeweiligen Durchmesser der Ringresonatoren 27, 28 und/oder den jeweiligen Kopplungsabstand und/oder einem Kopplungsverhältnis moduliert werden. Wie in der Fig. 3 schematisch dargestellt unterscheiden sich die beiden Ringresonatoren 27, 28 in ihrem Durchmesser.
Insbesondere können die beiden optischen Signal 29, 30 so moduliert beziehungsweise erzeugt werden, insbesondere mithilfe der Ringresonatoren 27, 28, dass zwei verschiedene beziehungsweise zwei gegeneinander bestimmte Frequenzkämme 38, 39 (vergleiche Fig. 4) erzeugt werden können. Die Frequenzkämme 38, 39 und insbesondere die Signale 29, 30 können, insbesondere in Kombination, durch ein dispersives Element beziehungsweise dispersives Medium 40 gesendet werden. Dadurch kann vor allem ein jeweiliges Frequenzspektrum der beiden optischen Signale 29, 30 so verändert werden, dass ein erstes Chirp-Signal 41 und ein zweites Chirp-Signal 42 erzeugt werden kann. Die beiden Frequenzkämme 38, 39 sind insbesondere leicht spektral verschoben. Somit kann beispielsweise mithilfe des ersten Chirp-Signals 41 ein Up-Chirp-Signal, welches eine zeitlich zunehmende Frequenz aufweist, bereitgestellt werden. Mit dem zweiten Chirp-Signal kann ein Down-Chirp- Signal zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise sind in den Fig. 5 und 6 die Frequenzkämme beziehungsweise Spektren der Chirp-Signale 41 , 42 dargestellt.
Die beiden Chirp-Signale 41 , 42 können beispielsweise an einem jeweiligen optischen Ausgang 43, 44 bereitgestellt werden. Hierbei können entweder die Ausgänge 43, 44 direkt mit der Sende- Empfangseinheit 6 optische gekoppelt werden oder wie in der Fig. 2 dargestellt, können nach der Synthese 119 die optischen Einheiten 21 , 22 geschaltet sein.
Des Weiteren führt das Bereitstellen des ersten Chirp-Signals 41 Elemente 45, wie Filter, „frequency selector“ oder Schalter verwendet werden. Für das zweite Chirp-Signal 42 kann ein Element 46 vorgesehen sein, dieses kann beispielsweise einen Filter, einen „frequency selector“ und/oder einen Schalter aufweisen. Des Weiteren kann für das Bereitstellen beziehungsweise Erzeugen des zweiten Chirp-Signals 42 eine Verzögerungslinie beziehungsweise Verzögerungselement 47 („delay line“) verwendet werden.
Die beiden Signale 41 , 42 können somit entweder indirekt oder direkt mittels der optischen Ausgänge 43, 44 einen jeweiligen optischen Eingang 48, 49 der Sende-Empfangseinheit 6 übertragen beziehungsweise bereitgestellt werden. Mithilfe einer ersten Detektionseinheit 50 kann das erste Chirp-Signal 41 in ein erstes elektrisches Signal 52 umgewandelt werden. Das erste elektrische Signal 52 kann eine steigende Frequenzrampe (vergleiche Fig. 7) aufweisen. Mithilfe einer zweiten Detektionseinheit 51 kann wiederum das zweite Chirp-Signal 42 in ein zweites elektrisches Signal 53 umgewandelt werden. Das zweite elektrische Signal 53 kann beispielsweise eine fallende Frequenzrampe (vergleiche Fig. 8) aufweisen. Die beiden Detektionseinheiten 50, 51 können beispielsweise als Heterodyn-Detektionseinheit bezeichnet werden. Somit erfolgt eine Heterodyn-Detektion, sodass beispielsweise mittels Frequenzselektion die Messung der Differenzfrequenzen fdi3, fdi2, fdn (vergleiche Fig. 5) und fd23, fd22, fd2i (vergleiche Fig. 6) der Kamm der Frequenzkämme 38, 39 erfolgen kann. Die Differenzfrequenz liegt insbesondere im Gigahertz-Frequenzbereich und ist zeitlich „gechirpt“. Mithilfe der Heterdyn-Detektion kann mittels Überlagerung der beiden Frequenzkämme 38, 39 wiederum die Differenzfrequenz gemessen werden. Eine Folge der Differenzfrequenzen beider Kämme 38, 39 liefert somit die einzelnen Frequenzen.
Für das Umwandeln des Signals 41 in das Signal 52 kann die Detektoreinheit 50 Elemente, wie Strahlenteiler 54 und Fotodioden beziehungsweise Fototransistoren 55 aufweisen. Die zweite Detektoreinheit 51 kann wiederum Strahlenteiler („beam splitter“) und Fotodioden 57 aufweisen. Des Weiteren kann das zweite Signal 53 durch eine „time delay“ 58 zeitlich angepasst werden.
Die beiden elektrischen Signale 52 und 53 können anschließend zu dem elektrischen Aussendesignal 10 kombiniert beziehungsweise vereinigt werden. Eine beispielhafte Darstellung dieses Signals 10 ist in der Fig. 9 dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein resultierendes Up- Down-Chirp-Signal.
Die beiden Signale 52, 53 können beispielsweise mit einem Zirkulator vereinigt werden und somit zu dem Aussendesignal 10 kombiniert werden. Das Aussendesignal 10 kann somit als Gigahertz- Frequenz-Signal ausgesendet werden zur Umfelderfassung. Das Aussendesignal 10 kann beispielsweise mittels einer Phasenmodulationseinheit und/oder Frequenzmodulationseinheit 59 angepasst werden. Des Weiteren kann ein Verstärker 60 vorgesehen sein um das Signal entsprechend für das Aussenden zu verstärken. Das Aussenden kann mittels einer Antenne 61 beziehungsweise einem Antennenelement der Sende-Empfangs-Einheit 6 erfolgen. Da die Sende-Empfangs-Einheit 6 nur eine einzige Antenne 61 für das Aussenden als auch für das Empfangen vorsieht, ist eine Steuerungseinheit 63 vorgesehen. Diese Steuerungseinheit 63, welche insbesondere als elektronische Einheit ausgebildet sein kann, kann mittels des Steuersignals 26 der Recheneinrichtung 4 entweder das Senden oder das Empfangen ermöglichen. Hierzu elektrische Komponenten 62, wie Schalter oder RF-Driver und insbesondere die Antenne 61 derart gesteuert beziehungsweise betrieben werden, dass entweder das Aussendesignal 10 ausgesendet werden kann oder das Empfangssignal 11 empfangen werden kann. Hierzu kann insbesondere die Steuerungseinheit 63 die Sende-Empfangs-Einheit 6 entweder mit einem Sendemodus oder in einen Empfangsmodus versetzt beziehungsweise betrieben werden. Des Weiteren kann die Sende-Empfangs-Einheit 6 eine elektrisch-optische Wandlereinheit 64 aufweisen, mit welcher das empfangene elektrische Signal in das optische Signal 12 für die Rückführung an die Recheneinrichtung 4 zur Signalverarbeitung umwandeln kann. Beispielsweise kann die Sende-Empfangs-Einheit als TX-RX-Frontend zur Umfelderfassung des Fahrzeugs 1 verwendet werden. Hierzu kann ein solches Frontend im Bereich der Fahrzeugfrontscheibe angebracht werden.
Insbesondere zeigt die Fig. 3 eine Gigahertz-Frequenzrampensynthese mit Up- und Down-Chirp mittels zweier, verstimmter Mikroresonatoren 27, 28 und Bereitstellen eines Radarsignals, welches dem Radarfrontend (Sende-Empfangs-Einheit 6) übermittelt wird, um dort mittels Frequenzkonversion mittels Heterodyn-Detektion vom Terrahertz-Spektralbereich in dem Gigahertz-Spektralbereich umtransformieren zu können.
Insbesondere können mithilfe der Syntheseeinheit 19 bestimmte Frequenzkämme 38, 39 erzeugt werden. Um die Gigahertzfrequenz-Rampen eines Radar-Systems zu erzeugen, können dabei zwei Frequenzkämme 38, 39 in unterschiedlichen Wiederholraten freql , freq2 verwendet werden. Dazu können die Durchmesser der Mikroresonatoren 27, 28 unterschiedlich ausgelegt werden, sodass die Frequenzkämme zueinander spektral verschoben sind. Mithilfe eines dispersiven Elements 40 können alle Spektralanteile zur gleichen Zeit propagieren, sodass die Impulse bzw. Pulszüge 33, 37 theoretisch eine minimale Impulsdauer aufweist. So propagiert ein Signal bzw. Frequenzkamm durch ein normales disposives Medium, wie zum Beispiel Luft, so erfahren die hochfrequenten spektralen Teile eine stärke zeitliche Verzögerung als die niederfrequenten Spektralanteile. Insbesondere können die Impulse 33, 37 positiv und negativ gechirpt und dadurch zeitlich gestreckt werden. Mithilfe der Detektoreinheiten 50, 51 die Signale 41 , 42 gemessen werden. Die resultierenden Frequenzen bilden eine Rampe im Gigaherz- Spektralbereich.
Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrzeug 1 um einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrzeug um ein hochautomatisiertes Fahrzeug handeln. Insbesondere können mehrere Sende-Empfangs- Einheiten 5 großflächig in Array-Anordnungen in oder am Fahrzeug 1 verteilt angeordnet werden. Hierzu kann beispielsweise eine Sparse-Array-Konfiguration gewählt werden.
Beispielsweise können mehrere einzelne Sende-Empfangs-Einheiten 5 im Fahrzeug 1 angeordnet sein und mit der Recheneinrichtung 4 verbunden sein. Dies kann für ein ADAS (englisch: Advanced Driver Assistant) des Fahrzeugs verwendet werden. Beispielsweise können die Sende-Empfangseinheiten 5 an Windschutzscheiben, Heckscheiben, am Fahrzeugdach oder Stoßfänger angeordnet werden. Beispielsweise kann für den Rückkanal 9 eine separate Strahlenquelle vorgesehen sein.
Insbesondere können beide Ringresonatoren 27, 28 mit demselben optischen Übertragungssignal 7 gespeist werden. In einer weiteren denkbaren Ausführung können beide Ringresonatoren 27, 28 durch unterschiedliche optische Übertragungssignale gespeist werden. Eine weitere Möglichkeit ist, dass das mit dem Rückkanal 9 zur Verfügung gestellte optische Signal 12 zumindest einer der beiden Ringresonatoren 27, 28 zur Verfügung gestellt wird, sodass hier dieses zusätzlich eingekoppelt beziehungsweise für die optischen Signale 29, 30 berücksichtigt werden kann.
Insbesondere zeigen die Ausführungen in den Figuren die Möglichkeit, ein ultrastabiles, extrem raumsparendes Radarsystem auf elektronischen photonischer Chipebene erschaffen zu können.
Bezugszeichenliste
Fahrzeug
Radarsystem
Umgebung
Recheneinrichtung , 6 Sende-Empfangs-Einheit optisches Übertragungssignal
Glasfaser
Rückkanal 0 elektrisches Aussendesignal 1 elektrisches Empfangssignal 2 optisches Empfangssignal 3 optisch-elektrische Wandlereinheit 4 elektrisches Signal 5 digitale Schnittstelle 6 Verarbeitungseinheit 7 Auswerteeinheit 8 elektrischer Rückkanal 9 Syntheseeinheit 0 Modulator 1 optische Kontrolleinheit 2 optischer Verteiler 3 Kontrolleinheit 4 eine Rückführschleife 5 elektrische Übertragungsstrecke 6 elektrisches Steuersignal 7, 28 Ringresonatoren 9, 30 erstes und zweites Chirp-Signal 1 optisches Kopplungselement 2 optische Eingänge 3 Pulszug 4, 35, 36 optische Kopplungselemente 7 Pulszug 8, 39 gegeneinander verstimmte Frequenzkämme0 dispersives Element 41, 42 erstes und zweites Chirp-Signal
43, 44 erster und zweiter optischer Ausgang
45 Element
46 Element
47 Verzögerungsleitung
48, 49 optische Eingänge
50, 51 erste und zweite Detektionseinheit
52, 53 erstes und zweites elektrisches Signal
54 Strahlenteiler
55 Photodiode
56 Strahlenteiler
57 Photodiode
58 Delay
59 Phasenmodulator und/oder Frequenzmodulator
60 Verstärker
61 Antenne
62 Elemente
63 Steuerungseinrichtung
64 elektrisch-optische Wandeleinheit
65 optische Einheit fREP1 , ffiEP2 Impulsfolgefrequenzen fd1, fd12, fd13, fd21, fd22, fd23 Differenzfrequenzen

Claims

Patentansprüche
1. Recheneinrichtung (4) für ein Radarsystem (2), mit
- einer optischen Einheit (65) zum Bereitstellen eines optischen Übertragungssignals (7);
- einem ersten optischen Ringresonator (27) einer Syntheseeinheit (19), der dazu ausgebildet ist, das optische Übertragungssignal (7) in den ersten optischen Ringresonator (27) einzukoppeln und ein erstes optisches Signal (29) in Abhängigkeit von dem eingekoppelten optischen Übertragungssignal (7) zu modulieren,
- einem zum ersten Ringresonator (27) verschiedenen zweiten Ringresonator (28) der Syntheseeinheit (19), der dazu ausgebildet ist, das optische Übertragungssignal (7) in den zweiten optischen Ringresonator (28) einzukoppeln und ein zum ersten optischen Signal (29) verschiedenes zweites optisches Signal (28) in Abhängigkeit von dem eingekoppelten optischen Übertragungssignal (7) zu modulieren, wobei die beiden optischen Signale (29, 30) unterschiedliche Impulsfolgefrequenzen (freqi, freq2) aufweisen;
- der Syntheseeinheit (19), die dazu ausgebildet ist, auf Basis der beiden optischen Signale (29, 30) ein erstes Chirp-Signal (41), welches eine zeitlich zunehmende Frequenz aufweist, und ein zweites Chirp-Signal (42), welches eine zeitlich abnehmende Frequenz aufweist, zu erzeugen;
- einem ersten optischen Ausgang (43) der Syntheseeinheit (19) zum Bereitstellen es ersten Chirp-Signals (41); und
- einem zweiten optischen Ausgang (44) der Syntheseeinheit (19) zum Bereitstellen des zweiten Chirp-Signals (42).
2. Recheneinrichtung (4) nach Anspruch 1 , wobei die Syntheseeinheit (19) ein dispersives Element (40) aufweist, wobei das dispersive Element (4) ausgebildet ist, ein jeweiliges Frequenzspektrum der beiden optischen Signale (29, 30) so zu verändern, so dass die beiden Chirp-Signale (41, 42) erzeugbar sind.
3. Recheneinrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden optischen Ringresonatoren (27, 28) als Mikroringresonatoren ausgebildet sind.
4. Radarsystem (2) mit einer Recheneinrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 und zumindest einer Sende-Empfangs-Einheit (5, 6), wobei die Recheneinrichtung mit der zumindest einen Sende-Empfangs-Einheit (5, 6) gekoppelt ist.
5. Radarsystem (2) nach Anspruch 4, wobei die Sende-Empfangs-Einheit (5, 6) eine erste Detektionseinheit (50) zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals (52) auf Basis des ersten Chirp-Signals (41) und eine zweite Detektionseinheit (51) zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals (53) auf Basis des zweiten Chirp-Signals (42) aufweist.
6. Radarsystem (2) nach Anspruch 5, wobei die Sende-Empfangs-Einheit (5, 6) ausgebildet ist, abhängig von dem ersten und zweiten elektrischen Signal (52, 53) ein elektrisches Aussendesignal (10) zu erzeugen, wobei das Aussendesignal (10) eine Frequenz aufweist, welche aus einer Differenz einer Frequenz des ersten Signal (52) und einer Frequenz des zweiten elektrischen Signal (53) gebildet ist.
7. Radarsystem (2) nach Anspruch 6, wobei die Sende-Empfangs-Einheit (5, 6) eine Antenne (61) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das elektrisches Aussendesignal (10) auszusenden und ein elektrisches Empfangssignal (11), welches auf dem elektrischen Aussendesignal (10) basiert, zu empfangen.
8. Radarsystem (2) nach Anspruch 7, wobei die Sende-Empfangs-Einheit (5, 6) eine Steuerungseinheit (63) aufweist, mit welcher die Sende-Empfangs-Einheit (5, 6) abhängig von einem elektrischen Steuersignal (26), welches über eine elektrische Übertragungsstrecke (25) von der Recheneinrichtung (4) an die Sende-Empfangs-Einheit (5, 6) übertragen wird, steuerbar ist, wobei die Steuerungseinheit (63) ausgebildet ist, die Sende-Empfangs-Einheit (5, 6) zwischen ein Sendemodus zum Aussenden des elektrischen Aussendesignals (10) und einen Empfangsmodus zum Empfangen des elektrischen Empfangssignals (11) umzuschalten.
9. Radarsystem (2) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Sende-Empfangs-Einheit (5, 6) eine elektrisch-optische Wandlereinheit (64) aufweist, wobei die elektrisch-optische Wandlereinheit (64) ausgebildet ist, das empfangene elektrische Empfangssignal (11) in ein optisches Empfangssignal (12) umzuwandeln.
10. Radarsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, aufweisend: einen optischen Rückkanal (9) zum Übertragen des optischen Empfangssignals (12) von der Sende-Empfangs-Einheit (5, 6) an die Recheneinrichtung (4), wobei die Recheneinrichtung (4) eine optisch-elektrische Wandlereinheit (13) zum Umwandeln des optischen Empfangssignals (12) in ein elektrisches Signal (14) aufweist, und wobei mit einer Auswerteeinheit (17) der Recheneinrichtung (4) das elektrische Signal (14) hinsichtlich einer Radarinformation auswertbar ist.
11. Radarsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 10, wobei die Sende-Empfangs-Einheit (5, 6) und die Recheneinrichtung (4) körperlich und/oder räumlich getrennte Einheiten sind.
12. Fahrzeug (1) mit einem Radarsystem (2) nach einen der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 11.
13. Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 11 , wobei folgende Schritte durchgeführt werden:
- Modulieren des ersten optisches Signal (29) durch Einkoppeln des optischen Übertragungssignal (7) in den ersten optischen Ringresonator (27);
- Modulieren des zweiten optischen Signal (30) durch Einkoppeln des optischen Übertragungssignal (7) in den erstzweiten optischen Ringresonator (28), wobei die beiden optischen Signale (29, 30) so moduliert werden, dass sie unterschiedliche Impulsfolgefrequenzen (freqi, freq2) aufweisen;
- Erzeugen des ersten Chirp-Signal (41), welches eine zeitlich zunehmende Frequenz aufweist, auf Basis des ersten optischen Signals (29) und des zweiten Chirp-Signal (42), welches eine zeitlich abnehmende Frequenz aufweist, auf Basis des zweiten optischen Signals (30);
- Übertragen der beiden Chirp-Signale (41, 42) an die Sende-Empfangseinheit (5, 6);
- Erzeugen des elektrischen Aussendesignals (10) auf Basis der beiden Chirp-Signale (41 , 42); und
- Aussenden des elektrischen Aussendesignals (10) mit der Antenne (61).
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das auf dem elektrischen Aussendesignal (10) basierende elektrische Empfangssignal (11) mit der Antenne (61) empfangen und in das optische Empfangssignal (12) umgewandelt wird, wobei auf Basis des optischen Empfangssignal (12) die Radarinformation ausgewertet wird, sodass mit dem Radarsystem (2) eine Umfelderfassung durchgeführt werden kann.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die beiden Chirp-Signale (41, 42) mittels einer Heterodyndetektion in die beiden elektrischen Signale (52, 53) umgewandelt werden, und auf Basis der beiden elektrischen Signale (52, 53) das elektrische Aussendesignal (10) erzeugt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024209621A1 (de) * 2024-10-01 2026-04-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Radarsystem, Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, Radarsendeeinheit, Radarempfangseinheit, Zentraleinheit und Verfahren zum Betreiben derselben
DE102024209625A1 (de) * 2024-10-01 2026-04-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Radarsystem, Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, Radarsendeeinheit, Radarempfangseinheit, Zentraleinheit und Verfahren zum Betreiben derselben
DE102024210330A1 (de) * 2024-10-25 2026-04-30 Volkswagen Aktiengesellschaft Radarsystem, Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, Radarsende- und -empfangseinheit und Verfahren zum Betreiben der Radarsende- und -empfangseinheit
DE102024210332A1 (de) * 2024-10-25 2026-04-30 Volkswagen Aktiengesellschaft Radarsystem, Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, Radarsende- und empfangseinheit und Verfahren zum Betreiben der Radarsende- und -empfangseinheit
DE102024210297A1 (de) * 2024-10-25 2026-04-30 Volkswagen Aktiengesellschaft Innenraumsensorik realisiert mit verteilten Radarantennen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8761693B2 (en) 2009-09-28 2014-06-24 Nec Corporation Wireless transmission apparatus, wireless transmission method and computer program
US10401476B2 (en) 2015-04-01 2019-09-03 Advantest Corporation Frequency modulated (FM) chirp testing for automotive radars using standard automated test equipment (ATE) digital pin channels
CN112235051B (zh) * 2020-08-13 2022-02-18 华中科技大学 一种太赫兹扫频系统
DE102021200639B3 (de) * 2021-01-25 2022-06-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Radarsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, sowie Verfahren

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